Эксперименты используя лазер ОМЕГИ в Лаборатории Университета Лазерной Энергетики (LLE) создали условия, способные к производству урожая сплава, это в пять раз выше, чем текущий рекордный энергетический урожай лазерного сплава, пока относительные условия, произведенные в LLE, воспроизведены и расширены в National Ignition Facility (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии.Результаты – результат многократных экспериментов, проводимых учеными LLE Шоном Реганом, Валерием Гончаровым и сотрудниками, работа которых была опубликована в Physical Review Letters. Ариджит Боз, докторант в физике в Рочестере, работающем с Риккардо Бетти, преподавателем разработки и физики, интерпретировал те результаты в работе, опубликованной как Быстрые Коммуникации в журнале Physical Review E (R).Боз сообщает, что условия в LLE произвели бы более чем 100 килоджоулей (кДж) энергии сплава, если копируется на NIF.
В то время как это может походить на крошечную вспышку в когда-либо расширяющемся спросе в мире на энергию, новая работа представляет важный прогресс в давней национальной инициативе по исследованию развивать сплав как источник энергии. 100 кДж – энергетическая продукция света на 100 ватт в течение приблизительно 20 минут, но в эксперименте сплава в NIF, та энергия была бы выпущена в меньше чем одной миллиардной секунды и достаточно принести топливу шаг ближе к условиям воспламенения.«Мы сжали термоядерное топливо к приблизительно половине давления, требуемого зажигать его. Это – результат усилия команды, вовлекающего многих ученых LLE и инженеров», сказал Реган, лидер экспериментальной группы LLE.
Если бы зажжено, термоядерное топливо развязало бы обильные суммы энергии сплава, намного больше, чем входная энергия к топливу.«В лазерном сплаве зажженная цель похожа на миниатюрную звезду приблизительно 10-го из миллиметра, который производит энергию, эквивалентную из нескольких галлонов бензина по доле одной миллиардной секунды.
Мы еще не там, но мы делаем успехи,» сказал Бетти, профессор Роберта Л. Маккрори в Лаборатории для Лазерной Энергетики.С точки зрения близости к условиям, требуемым зажигать топливо, две недавних бумаги LLE сообщают, что эксперименты ОМЕГИ соответствуют текущему отчету NIF, когда экстраполируется к энергиям NIF. Разжигание цели является главной целью лазерного усилия по сплаву в Соединенных Штатах.Как часть их работы, исследователи тщательно были нацелены на 60 лазерных лучей LLE, чтобы ударить шарик размера миллиметра топлива – подход, известный как метод прямого привода инерционного сплава заключения (ICF).
Результаты указывают, что подход прямого привода, используемый LLE, домой к самому плодовитому лазеру в мире (с точки зрения количества экспериментов, публикаций и разнообразия пользователей), является многообещающим путем к сплаву и жизнеспособной альтернативе по другим методам, включая используемый в NIF. Там, исследователи работают, чтобы достигнуть сплава при помощи 192 лазерных лучей в подходе, известном как косвенный двигатель, в котором лазерный свет сначала преобразован в рентген в золотом ограждении, названном hohlraum. Еще не достигая воспламенения, ученые из LLNL и коллеги в Сообществе ICF сделали значительные успехи в понимании физики и развитии инновационных подходов к косвенному сплаву двигателя.«Мы показали, что метод прямого привода, на одном уровне с другой работой, сделанной в продвижении исследования ядерного синтеза», сказал Боз.
«Работа Ариджита очень полна и убедительна. В то время как много работы предстоит сделать, этот результат показывает значительный прогресс в подходе прямого привода, «говорит Бетти.Исследование и в LLE и в NIF основано на инерционном заключении, в котором реакции ядерного синтеза происходят, нагреваясь и сжимая – или интегрируясь – цель, содержащая топливо, сделанное из дейтерия и тритий (DT). Цель состоит в том, чтобы иметь атомы, сталкиваются с достаточным количеством энергии, которую ядра плавят, чтобы сформировать ядро гелия и свободный нейтрон, выпуская значительную энергию в процессе.
В обоих методах, исследуемых в LLE и NIF, основная проблема создает самоподдерживающийся ожог, который зажег бы все топливо в целевых раковинах. В результате важно, чтобы достаточно тепла было создано, когда ядра гелия первоначально сформированы, чтобы держать движение процесса.
Ядра гелия называют альфа-частицами, и произведенное тепло упоминается как альфа-нагревание.E. Майкл Кэмпбелл, заместитель директора LLE и часть исследовательской группы, сказали, что результаты были сделаны возможными из-за многих улучшений подхода прямого метода.
Каждый включил стремление этих 60 лазерных лучей, которые теперь поражают цель более однородно.«Это похоже на сжатие воздушного шара Вашими руками; всегда есть части, которые высовываются, где Ваши руки не», сказал Кэмпбелл. «Если бы было возможно сжать воздушный шар с каждого места на поверхности, внутри было бы гораздо больше давления.
И это – то, что происходит, когда лазеры поражают цель более симметрично».«Если мы можем улучшить однородность способа, которым мы сжимаем наши цели, мы, вероятно, доберемся очень близко к условиям, которые экстраполировали бы к воспламенению на NIF. Это – то, на чем мы будем сосредотачиваться в ближайшем будущем,» говорит Гончаров, новый директор по разделению теории LLE.Два других улучшения были сделаны в LLE: качество целевой раковины было улучшено, чтобы сделать, это более легко сжало, и диагностика для измерения, что происходит в раковине, поправились.
Исследователи теперь в состоянии захватить изображения рентгена имплозии цели с временами структуры 40 trillionths секунды, давая им информацию о том, как более точно приспособить лазеры и понять физику.«Что мы сделали, шоу преимущества лазера прямого привода в процессе ядерного синтеза», сказал Кэмпбелл. «И это должно привести к дополнительным возможностям исследования, а также продолжало прогресс области».
Боз говорит, что следующий шаг должен развивать теоретические оценки того, что происходит в целевой раковине, поскольку это поражается лазером. Та информация поможет ученым сделать дальнейшие улучшения.