レーザー核融合:物語

開始する

(慎重に、写真!)

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1997年、リバモア(カリフォルニア州)で、NIF複合施設(国立点火施設、別名国家点火施設)の建設が始まりました。 この巨大な複合体の目的は、慣性制御(熱核)合成であるICFの研究と実装です。 このタイプの合成と他の合成との主な違いは、熱核燃料が慣性によりそれ自体を保持することです。 (トカマクでは、フランスで2019年に打ち上げを予定していますが、プラズマは磁場によって閉じ込められます)プロセスは次のように進める必要があります:ターゲット(燃料ボールなど)は、プラズマが散乱する前に合成が通過できる温度まで加熱しますつまり、反応は衝動です。

NIFでは、この問題に次のように対処しました。 直径わずか2ミリメートルの小さな燃料球はレーザービームによって加熱され、瞬時に膨大な量のエネルギーを受け取ります。つまり、燃料は加熱されて、プラズマの形でさまざまな方向に散乱することなく反応する時間があります。 さらに、燃料粒子の膨張は慣性を保持します。 しかし、それほど単純ではありません。 NIFは間接合成用に設計されています:レーザーは燃料ボール自体を加熱するのではなく、燃料に光線を反射する共振器であるホルラウムを加熱し、ターゲットに向けられたレーザービームよりも対称的に光線を向けます。 燃料球自体は、18K(-255摂氏)に冷却された固体重水素-トリチウム燃料を含む薄いベリリウムシェルで構成されています。

当初、ターゲットシェルはポリマー(ポリスチレン)でしたが、製造技術が変わりました。プラスチック層にベリリウムをスプレーし、その後プラスチックを除去して、ベリリウム層のみを残します。 この改善により、ターゲットの中心に向かう爆発のエネルギーが増加します。



燃料ボール:

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金の共振器:

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プロセス




実験はこのスキームに従って実行されます。レーザーは赤外線スペクトルで3メガジュールのビームを放射します。 これらのうち、わずか1.5%が紫外線スペクトルに入り、これらの1.5%のうち、85%だけがX線放射に入り、約15%(150キロジュール)がターゲットの外層に吸収され、金色の共振器から反射されます。 ターゲットの外側の層が蒸発し、中心に向かう反動推力が発生し、追加の圧力が発生します。 反応はターゲットの中心で始まり、その外側の層に広がります。その後、ターゲットは1000 g / cm3(鉛の密度の約100倍)の密度を獲得し、合成の結果として約20メガジュールのエネルギーが放出されます。 共振器とレーザー自体の改善により、吸収エネルギーが420キロジュールに、受信エネルギーが100〜150 MJに増加するはずですが、複合体の設計では出力で45 MJを超えることはできません。



ターゲットに向かう途中のエネルギー損失

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ジャイアント





最近、7月17日に、NIFの科学者は世界で最も強力なレーザーをテストしました。 この設備はすべての記録を破りました。紫外線レーザーの出力は500テラワットです。 レーザーはターゲットで192ビームを放射します。 各パルスの持続時間は約1ナノ秒で、最初と最後の差は30ピコ秒以下ですが、ターゲットは1.85 MJのエネルギーを受け取ります。 ターゲットの中心の温度は摂氏1億度に達します。 このようなレーザーは、エネルギー効率の良い合成を手頃な価格にします。 おそらく、フランスで建設中のITERからエネルギーを受け取る予定の2040年までに、この発見の成果を享受するでしょう。



エネルギーを得る





研究者が遭遇した問題の1つは、反応からエネルギーを得ることです。 これまでのところ、熱エネルギーを転換して電気エネルギーに変換することが計画されています。 「爆発」の頻度が十分に高いと、チャンバーの壁が暖まり、その後、問題は小さくなります。 ただし、光学システムの強力な加熱により、設備は5時間で1ショット以上を発射することはできません。そのため、産業用エネルギーの生産には冷却システムを改善する必要があります。



複合体の歴史





NIFの作業は1994年のビームレットビームのデモンストレーションから始まり、その後1997年6月に複合施設の建設の準備が始まりました。 その価値は11億ドルと推定され、さらに10億ドルが研究に必要でした。 この複合施設は2002年までに準備が整う予定でした。 しかし、同じ年に、日付は2004年にシフトされ、さらに1億ドルが会社に割り当てられました。 1997年12月、1万6千年前の巨大な骨がサイトで発見されたため、建設は中断されました。

2000年には、会社が予算を超えたことが認識され、新しい見積もりによると、39億ドルが必要であり、建設完了日は2006年にシフトされました。 しかし、新しいリーダーシップの下で、建設は継続され、2005年に実験が開始され、2009年5月29日にカリフォルニア州知事のアーノルド・シュワルツェネッガーが出席する壮大な開会式が行われました。 すでに2009年6月末に、最初の実験は金共振器のターゲットから始まりました。



複合体のスキーム:

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複合体のパノラマ



それで、熱核融合の開始を楽しみにしています。それは、私たちに安価な(そして深く、その自由なエネルギーを)願っています。

私の意見では、いくつかの困難にもかかわらず、実験のコースは非常に有望に見えます。 しかし、いずれにせよ、時間がわかります。



UPD 06/02/2014ilya42は記事をハブ「物理」と「エネルギーとバッテリー」に移動するように依頼しましたが、これは私が行います。

残念ながら、時間の不足のため、私が以前望んでいたように、コメンテーターの希望に従ってそれを完成させることはほとんどできません。



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