Политех в Сети

Сайт для Учебы

Лазерное сверхсжатие вещества

Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 

Физические принципы лазерного термоядерного синтеза

Возможности получения с помощью фокусировки излучения мощных лазерных систем интенсивности света порядка 1016 Вт/см2, приводящих к быстрому разогреву вещества и его чрезвычайно сильному сжатию за счет светореактивного давления, стимулировали работы в области лазерного термоядерного синтеза.

В основе термоядерного синтеза лежит реакция между ядрами дейтерия и трития

,

В результате которой выделяется энергия около 17 МэВ (1 МэВ=1,6∙10-19 Дж). Расчет показывает, что для преодоления кулоновских сил отталкивания необходимо нагреть смесь дейтерия и трития (термоядерную плазму) до температуры порядка 108 К. Кроме того, нужно, чтобы за достаточно большое число единичных актов взаимодействия, и выделившаяся энергия превысила затраченную на разогрев. Это приводит к критерию Лоусона

,

Связывающему концентрацию частиц N и время удержания плазмы . Физический смысл этого критерия достаточно ясен: чем больше частиц в единице объема, тем скорее ион дейтерия встретит ион трития. С другой стороны, чем дольше удерживается плазма, тем больше времени для поисков партнера по реакции.

В 1962 г. Н. Г. Басов и О. Н. Крохин выдвинули идею быстрого нагрева плазмы и инерциального удержания с помощью мощных лазерных импульсов. В современных установках лазерного термоядерного синтеза используются сферические мишени диаметром около 100 мкм, симметрично облучаемые со всех сторон (рис. 1). Под действием света происходит быстрый разогрев вещества, сопровождаемый испарение поверхности мишени. Возникающее при этом светореактивное давление порождает волну сжатия, распространяющуюся к центру мишени. В свою очередь, кинетическая энергия ударной волны превращается в тепло. Все эти процессы разыгрываются за время 10-9 с и носят характер микровзрыва. Плотность плазмы в центре мишени по теоретическим оценкам возрастает почти в 104 раз относительно исходной.

Уже проведены успешные эксперименты по сверхсжатию вещества при всестороннем облучении. Достигнута плотность плазмы около 30 г/см3 при тепмпературе . В России и США созданы сверхмощные лазерные системы на неодимовом стекле (λ=1,06 мкм) с энергией в импульсе 103–105 Дж. Принципиальная возможность создания опытной термоядерной электростанции возникнет скорее всего после создания мощных импульсных лазеров с КПД около 10-20%.