понедельник, 8 июня 2009 г.

Лазерный свет для огня

Более чем 20 лет исследований не решили проблему того, как управлять термоядерным сплавом. Свойства и поведение термоядерного топлива - плазмы, состоящей из дейтерия и трития - оказывается, очень усложнены и неблагоприятны. Есть два различных в основном подхода к управляемому сплаву - они вовлекают выбор или импульсной или непрерывной реакторной операции. После начального скептицизма, импульсный режим в последнее время получил большое внимание, со специфическим интересом в возможности использования лазеров, чтобы нагреть плазму.

Главная, отличающая особенность импульсной системы - короткая жизнь плазмы. Таким образом, нет никакой потребности получать плазму в спокойном состоянии. Плазма "задерживается" в течение очень короткого периода, главным образом силами инерции - топливо реагирует прежде, чем она успевает рассредоточиться - и иногда объединенными с импульсным магнитным полем. После этого быстрого взрыва плазма быстро распадается.

Импульсная система нуждается в некотором механизме, чтобы нагреть плазму до высокой температуры за очень короткое время. До недавнего времени самая мощная методика, доступная выполнять эту задачу вовлекала батареи конденсаторов, энергия которых могла быть введена в плазму быстрой разгрузкой. С открытием лазера и развития последовательной оптики там появился, новый способ концентрировать энергию в плазме - и этот новый путь в тысячи раз превосходил электрический метод разгрузки.

Некоторые из ценных свойств лазеров предопределяют их перспективы как нагревающие устройства для управляемого термоядерного сплава. Сначала, плазма не загрязнена: лазерный свет может быть сосредоточен, чтобы нагреть очень маленький объем и, последнее, но не наименее важное, плотная плазма может поднять световую энергию очень эффективно.

Чтобы иметь высокую вероятность термоядерного сплава, энергия должна быть передана плазме, чтобы дать высокую скорость сталкивающимся ионам дейтерия и трития. Чтобы пошла термоядерная реакция тритий плюс дейтерий (D + Т = Не + р) плазма должна быть нагрета до 100 миллионов градусов. И жизнь плазмы должна быть достаточно длинной, достаточной для того, чтобы смогли произойти необходимые реакций прежде, чем она распадается или остывает.

Термоядерная энергия, произведенная реакцией должна превысить энергию, которая входит в нагревание плазмы. Согласно теоретически выведенному Лаусоном критерию концентрация частиц (n) в течение жизни плазмы (t) должно быть больше чем 1014. Если критерий Лаусона – выполнен, и nt=1014, термоядерный вывод энергии от плазмы будет равняться энергии, используемой для нагревания. Если nt-1015 , то вывод будет в 10 раз большим, чем ввод энергии.

Физическое значение этого критерия весьма просто: чем выше концентрация частиц в плазме, тем больше шанс, что данная частица (ион дейтерия, например) встретит партнера для реакции (ион трития); положительная черта в более долгом существовании есть большее время, доступное для частицы, чтобы найти партнера для реакции.

Теперь позвольте нам обратиться непосредственно к вопросу того, как световая эмиссия лазера нагревает плазму. Когда интенсивная световая волна воздействует на плазму, чередующееся электрическое поле волны "колеблет" плазменные электроны – так же, как обычное колебание колеблют резонансные импульсы. Чтобы преобразовывать энергию электронных колебаний в теплоту, должен быть другой механизм, гарантирующий непрерывный выбор энергии от электронов. Этот механизм – это постоянное присутствие в плазме и только обычные столкновения между электронами и ионами.

Таким образом, процесс ассимиляции легкой энергии может быть изображен следующим образом: поле легкой волны прилагает усилия для перемещения электронов; ионы, в сталкивании с электронами, пробуют уменьшить эти движения, и, в результате, происходит нагревание. Легко видеть, что эффект этого процесса будет больше с высокой концентрацией электронов и более частых столкновений с ионами - то есть с большей, концентрацией ионов (в водородной плазме, концентрации электронов и ионов естественно та же самая).

Таким образом, ассимиляция легкой энергии пропорциональна n2, и если мы хотим использовать преимущества лазерной эмиссии, связанной с возможностями сосредотачивающейся легкой энергии в очень маленьких объемах порядка 100 кубических микрометров, так, чтобы вся эта энергия могла ассимилироваться в таком маленьком объеме плазмы, мы должны выбрать достаточно большую концентрацию частиц. Оценки показывают, что для этой цели необходимо иметь n = 1021 частиц/см3 – в действительности - это такая плотная плазма, что концентрация частиц является близкой к концентрации частиц твердых тел. Такая плотная плазма существует, например, в основе Солнца.

Комментариев нет:

Отправить комментарий