Мишени прямого облучения

Рис. 1.1. Схематический вид лазерной мишени прямого облучения.

Второй раздел посвящен мишеням лазерного термоядерного синтеза, включая мишени прямого облучения лазерными пучками и мишени непрямого облучения рентгеновским излучением, в которое конвертируется лазерное излучение. Обсуждаются особенности конструкций перспективных мишеней с пониженной чувствительностью к развитию гидродинамических неустойчивостей, проблемы преобразования лазерного излучения в рентгеновское и другие вопросы физики мишеней лазерного термоядерного синтеза. [c.34]

Мишени прямого облучения [c.41]

Таким образом, базовыми характеристиками энергетической эффективности мишеней прямого облучения являются следующие значения порог зажигания (коэффициент усиления 1) достигается при энергии лазера 300-500 кДж коэффициент усиления 20-50 соответствует энергии лазера 2-3 МДж коэффициент усиления 200-300 соответствует энергии лазера 10 МДж. [c.43]

Расчеты показывают, что при энергии лазерного импульса 5 МДж рентгеновская мишень прямого облучения может дать коэффициент усиления близкий к 50. Параметры такой мишени следующие [c.48]

Как и лазерные, тяжелоионные мишени ИТС по принципу своего действия делятся на мишени прямого и непрямого облучения. В одномерных расчётах мишени прямого облучения позволяют достичь существенно более высоких значений коэффициента усиления С, чем непрямые (рентгеновские) мишени, — просто из-за отсутствия дополнитель- [c.53]

Цилиндрическая мишень прямого облучения с быстрым поджигом. Оптимальная конструкция тяжелоионной мишени претерпевает кардинальные изменения, если в качестве драйвера выбрать пучки тяжелых ионов со сравнительно высокими, почти релятивистскими, энергиями Ег 0,5 ГэВ/нуклон [27]. Выбор столь энергичных ионов может быть продиктован физикой ускорения и фокусировки ионов на мишень. При этом открывается возможность реализовать вариант быстрого поджига отдельным сверхмощным ионным пучком длительностью 0,2 не (подробнее см. п. 3.4.2). [c.61]

Подводя итог, можно сказать, что, согласно проведённым расчетам, минимальная энергия ионного пучка, требуемая для холодного сжатия DT-топлива в цилиндрических мишенях прямого облучения, лежит [c.64]

Прежде чем перейти к анализу энергетической эффективности мишеней ИТС, изложим ряд общих соображений, относящихся к уровню проработки дизайна и областей применения различных типов мишеней. Мишени гидродинамического ( искрового ) зажигания, к которым относятся как мишени прямого облучения, так и мишени непрямого облучения, по уровню проработки физического и технологического дизайна, наличия достоверных данных эксперимента и численного моделирования являются значительно более развитыми по сравнению с мишенями прямого быстрого зажигания. Численные расчеты мишеней гидродинамического зажигания, в основе которых лежат данные экспериментов по исследованию физики этого типа мишеней, дают значения коэффициентов термоядерного усиления в достаточно узких, а главное определенных, доверительных интервалах. Это позволяет разрабатывать физически и технически обоснованные проекты промышленных энергетических установок, основанных на мишенях гидродинамического зажигания. Мишени прямого зажигания существуют пока только как красивое и многообещающее направление дизайна мишеней инерциального синтеза. Главная причина такого положения состоит в отсутствии источника мощного короткого импульса излучения с энергией на уровне 5-10 кДж, который мог бы быть использован в качестве зажигающего драйвера. [c.70]

В свою очередь сравнение между собой мишеней гидродинамического зажигания при прямом и непрямом облучении имеет смысл только для одного типа драйвера — лазера, поскольку для других драйверов мишени прямого облучения фактически не предлагаются. [c.70]

Рис. 3.9. Зависимости коэффициента усиления от лазерной энергии для простой оболочечной мишени прямого облучения (кривые 1,2,3,4), мишени лазерный парник (ЛП), мишени непрямого облучения (области 5 и 6) и мишени

Зависимость 1 коэффициента усиления простой оболочечной мишени прямого облучения, приведенная согласно данным работы (34], соответствует асимметрии сжатия мишени при 3-5% неоднородности облучения мишени лазерными пучками (пессимистическая зависимость, в смысле влияния гидродинамических неустойчивостей на сжатие и горение мишени). Результаты отвечают облучению мишени 3-й гармоникой излучения неодимового лазера с длинной волны Л = = 0,351 мкм. Зависимости коэффициента усиления (кривые 2-4) простой оболочечной мишени соответствуют сферически симметричному сжатию мишени при прямом облучении лазерным излучением с длиной волны Л = 1,054 мкм [6], Л = 0,351 мкм [34] и Л = 0,249 мкм [6] (оптимистические зависимости). Эти данные демонстрируют рост коэффициента усиления с уменьшением длины волны лазерного излучения и существенное снижение коэффициента усиления за счет асимметрии сжатия. [c.71]

Зависимость коэффициента усиления мишеней прямого (быстрого) зажигания, рассчитанная по результатам работ [11, 12], показывает, что коэффициенты усиления мишеней прямого зажигания могут в 3-10 раз превышать коэффициенты усиления всех типов мишеней с гидродинамическим зажиганием, включая простые оболочечные мишени прямого облучения и мишень лазерный парник . Однако подчеркнем еще раз, что эти данные представляют собой пока только демонстрацию потенциальных возможностей мишеней прямого зажигания, поскольку экспериментальные исследования мишеней такого типа только начинаются. Что касается простых оболочечных мишеней, то многочисленные эксперименты показали возможность реализации всех принципов работы таких мишеней, за исключением полностью симметричного сжатия мишени. Результаты экспериментов показывают, что на современном уровне обеспечения однородности облучения мишеней процессы гидродинамической неустойчивости приводят к снижению нейтронного вы- [c.72]

В настоящее время наиболее перспективными направлениями инерциального термоядерного синтеза являются 1) прямое облучение мишеней, когда энергия драйвера поглощается непосредственно в мишени, содержащей термоядерное вещество 2) непрямое облучение, когда энергия драйвера сначала преобразуется в энергию мягкого рентгеновского излучения, которое впоследствии воздействует на термоядерную мишень, обеспечивая высокую симметрию вклада энергии 3) прямое зажигание мишени (или быстрое зажигание), при котором процессы сжатия и нагрева термоядерного вещества разделены во времени за счет воздействия на мишень двух синхронизованных драйверов, один из которых обеспечивает медленное сжатие вещества мишени по холодной адиабате , а второй инициирует термоядерное горение в небольшой части горючего. [c.35]

При прямом облучении эффективность вклада энергии драйвера представляет собой эффективность поглощения излучения драйвера в мишени. Эффективность поглощения лазерного излучения или пучка тяжелых ионов может быть достаточно высокой, по крайней мере превышать 50-60%. Так, эффективность поглощения коротковолнового лазерного излучения (например, излучения первых трех гармоник неодимового лазера) с интенсивностью Вт-см , отвечающей [c.36]

В схеме прямого зажигания энергия, которая тратится на сжатие мишени, более чем на порядок превышает энергию области первоначального инициирования термоядерного горения, поэтому эффективность вклада энергии определяется воздействием сжимающего драйвера и, следовательно, близка к случаю прямого облучения. [c.36]

Итак, эффективность вклада лазерной энергии для схем прямого облучения мишени и прямого зажигания составляет 0,6-0,8, а для непрямого облучения 0,1-0,2. [c.36]

Сжатие мишени. Тангенциальная (по отношению к ускоряемым слоям) схема облучения в цилиндрических мишенях позволяет обеспечить высокую степень азимутальной симметрии вложения энергии — важная предпосылка для использования прямого облучения — путём быстрого (с периодом О, 1 не) враш.ения сжимаюш,его пучка вокруг оси мишени (см. рис. 3.4 а). Осевую однородность нагрева можно контролировать, используя мишень с длиной меньшей пробега, т.е. оставляя пик Брэгга за пределами рабочей части мишени и используя лишь около 2/3 полной энергии ионов. При этом, возможно, мишень придётся облучать с обоих концов. Предположив, что требуемая азимутальная однородность нагрева ионами может быть обеспечена, стадию сжатия можно исследовать с помош,ью одномерной гидродинамической программы. [c.63]

На рис. 5 показана зависимость скорости поступления изотопов иода в камеру мишени от постоянной распада при времени облучения 10 с и плотности нейтронного потока 8-10 нейтр./(см -с). Видно, что наклон экспериментальной прямой, т. е. отношение Ig R/ g X, близок к минус единице. [c.120]

Исключая случай облучения медленными нейтронами, трудно вычислить выход реакции с толстой мишенью из-за сложной связи между толщиной мишени, энергией частиц и вероятностью реакции. Обычно используется графический метод для сопоставления выхода реакции с частицами высокой энергии для тонких и толстых мишеней. С практической точки зрения прямое экспериментальное определение выхода реакции с толстой мишенью является часто наиболее простым. Важнейшим требованием для радиоактивных препаратов является чистота продукта. Концентрация радиоактивных изотопов также может быть существенной с точки зрения активности. Изотоп иода с периодом полураспада в 8 дней может быть получен свободным от носителя с хоро- [c.252]

Материалами оболочки-аблятора лазерных термоядерных мишеней прямого облучения служат вещества легких элементов, такие как различного рода пластики, бериллий и другие. Это связано с необходимостью минимизировать энергию собственного излучения плазмы, с одной стороны, для того, чтобы уменьшить потери энергии в короне, которые приводят к уменьшению абляционного давления, а с другой стороны — предотвратить предварительный прогрев сжимаемой части мишени. В результате плазма в области поглощения лазерного излучения оказывается полностью ионизованной, отношение A/Z близко к 2, и при воздействии коротковолнового лазерного излучения с Л = = 1,06-0,35 мкм, значение критической плотности находится в пределах per = 3,6 10 -3,3 10 2 г-см . Далее, согласно современным теоретическим и экспериментальным результатам, устойчивое сжатие мишени при облучении лазерными пучками возможно для не слишком тонких оболочек с достаточно низким аспектным отношением Ra/Aa < <50 [1]. Таким образом, параметр ускорения а < 2, 5, и поэтому в указанных условиях увеличение параметра q при увеличении аспектного отношения, увеличении отношения AjZ или уменьшении начальной плотности вещества аблятора ведет к увеличению гидродинамической эффективности. Для значений q = 0,5-1 гидродинамическая эффективность составляет 0,2-0,3. [c.37]

Оболочечные мишени. Для того, чтобы определить интервалы изменения наиболее важных параметров мишеней инерциального термоядерного синтеза, взаимозависимость этих параметров и, наконец, чувствительность самого процесса термоядерного взрыва к этим параметрам, рассмотрим результаты численных расчетов коэффициента термоядерного усиления мишени прямого облучения, выполненные в работе [6] для определенного типа такой мишени, в достаточно широком диапазоне изменения характеристик воздействующего на мишень лазерного импульса. В указанной работе представлены результаты оптимизации по коэффициенту усиления параметров двухслойной оболочечной мишени внешний слой (аблятор) из инертного вещества, внутренний слой — ОТ-лед. Предполагалось, что полость мишени заполнена ОТ-газом низкого давления, соответствующего давлению остаточного газа, наличие которого по-видимому неизбежно присуще технологии изготовления криогенной мишени и ее дальнейшему нахождению в камере взаимодействия. В качестве материала аблятора рассматриались два вещества — пластик (СН2) и стекло. [c.41]

Одно из направлений решения такой задачи состоит в исследовании возможностей низкоаспектных мишеней прямого облучения. Одним из наиболее подходящих типов веществ, которые могут быть использованы в качестве вещества оболочки-аблятора прямых мишеней лазерного термоядерного синтеза, являются содержащие бериллий материалы. Преимущества этих материалов состоят в их относительно высокой плотности для элементов с малым зарядом ядра и низкой сжимаемостью. Такое сочетание свойств обеспечивает хорошие гидродинамические характеристики поршня, сжимающего термоядерное вещество, при высокой эффективности поглощения лазерного излучения и малых потерях энергии на собственное излучение плазмы. При горении [c.43]

Лазерный парник . Конструкция мишени Лазерный парник представляет собой оболочечную мишень прямого облучения, окруженную сферическим слоем поглотителя из малоплотного пористого вещества легких элементов. Для повышения абляционного давления и времени его воздействия на термоядерную капсулу указанная конструкция может быть окружена тяжелой инертной оболочкой, отделенной от термоядерной мишени вакуумным промежутком и снабженной отверстиями для ввода лазерных пучков. Лазерные пучки воздействуют непосредственно на малоплотный поглотитель термоядерной мишени. Мишень без инертной оболочки называется открытой мишенью Лазерный парник , мишень с инертной оболочкой — закрытой мишенью Лазерный парник . Наиболее важные особенности работы такой мишени состоят, во-первых, в распределенном объемном поглощении лазерного излучения в пористом веществе и, во-вторых, в выравнивании распределения поглощенной энергии за счет распространения в малоплотном веществе поглотителя сверхзвуковых гидротепловых волн. Уровень собственного излучения малоплотного поглотителя мал, [c.44]

Рентгеновские мишени прямого облучения. Перспективное направление повышения энергетической эффективности и упрощения конструкции рентгеновской мишени состоит в использовании для сжатия термоядерной мишени не встречного потока рентгеновского излучения, направленного навстречу лазерному пучку, как это делается в классической схеме мишени непрямого облучения, а проходящего потока рентгеновского излучения. В работе [10] предложен вариант термоядерной мишени для прямого облучения лазерным импульсом, обеспечивающей высокую степень конверсии (до 30-50%) лазерного излучения в проходящий поток мягкого рентгеновского излучения. Основным элементом мишени является внешний сферический слой из малоплотного композиционного вещества с плотностью близкой к критической плотности плазмы. Вещество слоя представляет собой пористую среду лёгких элементов (пористый бериллий, пористые пластики) с распределёнными в ней кластерами тяжёлых элементов (золото, медь). Такой слой одновременно выполняет функции поглотителя лазерного излучения и конвертера лазерного излучения в рентгеновское. [c.47]

Приведем параметры малоплотного поглотителя-конвертера, представляющего собой пористый бериллий, содержащий кластеры золота. При равном весовом содержании бериллия и золота параметры слоя поглотителя, обеспечивающего степень полной конверсии в мягкое рентгеновское излучение не менее 90%, следующие плотность — 10 г-см < /9 < 4 10 г см , толщина — 0,02 см < Д < О, 1 см. Такие параметры поглотителя-конвертера позволяют разработать конструкцию рентгеновской мишени прямого облучения с энергетической эффективностью более высокой, чем у непрямой мишени традиционной конструкции. [c.47]

В случае рентгеновской мишени прямого облучения указанное значение энергии рентгеновского излучения, воздействующего на термоядерную капсулу, отвечает энергии лазерного излучения 0,6-0,7 МДж. Таким образом, рентгеновская мишень прямого облучения с термоядерной капсулой мишени NIF, которая окружена слоем поглотителя-конвертера толщиной 600 мкм из пористого бериллия, содержащего равновесовое количество кластеров золота, с плотностью 10 г-см , может обеспечить коэффициент усиления близкий к 10, при энергии лазерного импульса 0,6-0,7 МДж [10]. [c.48]

В мишенях прямого облучения ускорение сферической оболочки DT-топлива вместе с окружающим слоем инертного вещества (пушера) осуществляется непосредственно газовым давлением нагретой плазмы абсорбера — слоя, где происходит поглощение облучающих ионов. На стадии ускорения граница раздела между более плотным пушером и менее плотным абсорбером подвержена действию классической неустойчивости Рэлея-Тэйлора, которая экспоненциально усиливает любые неоднородности энерговыделения и может привести к прорыву ускоряемой оболочки. При этом следует различать два варианта прямого облучения ионными пучками фронтальный и тангенциальный. [c.54]

Для РЬ зависимость Охх(О) прослежена до значейия < 160 Дж/см . Начиная с величины 40 Дж/см зависимость Oxx Q) монотонно, но слабее, "чем по линейному закону, растет с Q и достигает своего максимума о 5 ГПа при 120 Дж/см . Дальнейшее повышение Q ведет только к уменьшению Охх. Аналогичный эффект достижения максимума зависимости Схх 0) наблюдался авторами работы [4] при примерно тех же значениях Q в условиях прямого облучения алюминиевой мишени. В опытах с электронным пучком малой длительности (io = (35—150) 10 с) в металлах получены нестационарные волны напряжения амплитудой несколько гигапаскалей [7, 8]. [c.265]

Тяжелые ионы с энергиями Ei 0,5 ГэВ/нуклон имеют сравнительно длинные пробеги ( 5-20 г м ), которые практически несовместимы со сферической геометрией сжатия топлива. В этом случае естественной альтернативой становятся цилиндрические мишени, в которых ионные пучки распространяются вдоль оси цилиндра. Высокая энергетическая эффективность мишени достигается 1) использованием схемы прямого облучения для сжатия DT-топлива и 2) быстрым искровым поджигом с торца, с помощью мощного ионного импульса, в результате чего вдоль сжатого DT-цилиндра распространяется ква-зистационарная волна термоядерного горения. [c.61]

В случае прямого облучения возникает проблема неустойчивости Рэлея-Тэйлора на границе абсорбер-пушер (под пушером мы понимаем ускоряемый плотный слой из тяжелого металла между абсорбером и ОТ-топливом (см. рис. 3.4 а) в момент максимального сжатия этот слой становится тампером). Адекватной стабилизации неустойчивости можно достичь с помощью пологого градиента плотности, как описано в работе [19], если исключить начальные скачки плотности. В соответствии с этим принимается, что в начальном состоянии мишень состоит из однородной свинцовой трубки (Лот,о <г < Ко), заполненной ОТ-топливом. В процессе расчётов было установлено, что наилучшие результаты получаются тогда, когда вся центральная область О < г < < Лот,о заполнена ОТ-льдом. Тогда, при начальной плотности 0,225 гх хсм , для принятой массы ОТ находим Лот,о =1,05 мм. В расчетах было взято несколько большее значение Лот.о = 1, 12 мм. Для внешнего радиуса было выбрано достаточно большое значение Ло = 4 мм. [c.63]

В основе че гвертой группы методов получения ударных волн лежит облучение поверхности преграды лазерным светом или потоком электронов. В зоне поглощения энергии излучения возникают высокие давления, амплитуда которых прямо пропорциональна концентрации поглощенной энергии и зависит от длительности импульса излучения io, уменьшаясь с ее увеличением [3]. На расстояниях, превышающих толщину слоя, в котором поглощается энергия излучения, распространяющиеся волны существенно нестационарны. При облучении лазером с модулированной добротностью свободной поверхности мишени зарегистрированные амплитуды одномерных волн напряжения, как правило, не превышают 1 ГПа [4]. [c.264]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...