ЛАСНЕКС

LASNEX — это компьютерная программа , которая моделирует взаимодействие между рентгеновскими лучами и плазмой , а также многие эффекты, связанные с этими взаимодействиями. Программа используется для прогнозирования характеристик устройств инерционного термоядерного синтеза (ICF), таких как лазер Nova или предлагаемые пучков частиц «драйверы» . Версии LASNEX используются с конца 1960-х или начала 1970-х годов, и программа постоянно обновляется. Существование LASNEX было упомянуто в Джона Наколлса основополагающей статье в журнале Nature в 1972 году, в которой впервые широко была представлена концепция ICF. ^{[ 1 ]} говоря, что это «... похоже на взлом вражеского кода. Он говорит вам, сколько подразделений нужно привлечь к решению проблемы». ^{[ 2 ]}

LASNEX использует для расчетов двумерный метод конечных элементов (МКЭ), разбивая экспериментальную область на сетку произвольных многоугольников . сетки записывает значения различных параметров моделирования Каждый узел . значения для тепловых (низкоэнергетических) электронов и ионов, сверхтепловых (высокоэнергетических и релятивистских) электронов, рентгеновских лучей Для каждого узла сохранялись от лазера, продуктов реакции, а также электрических и магнитных полей. Затем механизм моделирования развивает систему вперед во времени, считывая значения из узлов, применяя формулы и записывая их обратно. Этот процесс очень похож на другие системы FEM, например, те, которые используются в аэродинамике . ^{[ 3 ]}

Несмотря на многочисленные проблемы в самых ранних исследованиях ICF, LASNEX выдвинул четкие предположения, что небольшое увеличение производительности будет всем, что необходимо для достижения воспламенения . ^{[ 2 ]} К концу 1970-х годов дальнейшая работа с LASNEX показала, что проблема заключалась не столько в энергии, сколько в количестве лазерных лучей, и предположила, что лазер Шива с энергией 10 кДж в 20 лучах достигнет зажигания. Этого не произошло, поскольку не удалось сдержать нестабильность Рэлея-Тейлора . ^{[ 2 ]} В обзоре прогресса, проведенном The New York Times в следующем году, было отмечено, что система «не дотягивала до более оптимистичных оценок в 10 000 раз». ^{[ 2 ]}

Реальные результаты проекта «Шива» затем были использованы для настройки кода LASNEX, который теперь предсказывал, что несколько более крупная машина, лазер «Нова» , достигнет зажигания. Это не так; хотя Нова продемонстрировала реакции термоядерного синтеза в больших масштабах, до возгорания это было далеко. ^{[ 2 ]}

Результаты Nova также были использованы для настройки системы LASNEX, которая еще раз предсказала, что воспламенение может быть достигнуто, на этот раз с помощью машины значительно большего размера. Учитывая прошлые неудачи и растущие затраты, Министерство энергетики решило непосредственно проверить эту концепцию с помощью серии подземных ядерных испытаний, известных как «Халит» и «Центурион», в зависимости от того, какая лаборатория проводила эксперимент. Компания Halite/Centurion разместила типичные мишени ICF в хольраумах , металлических цилиндрах, предназначенных для сглаживания энергии водителя, чтобы она равномерно светила на топливную мишень. Затем хольраум/топливные сборки были размещены на различных расстояниях от небольшой атомной бомбы, при взрыве которой высвободилось значительное количество рентгеновских лучей. Эти рентгеновские лучи нагревали хольраумы до тех пор, пока они не начали светиться в рентгеновском спектре (будучи нагреты «рентгеновски горячими», а не «горячими добела»), и именно это плавное рентгеновское освещение положило начало реакциям синтеза внутри топливо. Эти результаты показали, что количество энергии, необходимое для воспламенения, составляло примерно 100 МДж, что примерно в 25 раз больше, чем у любой рассматриваемой машины. ^{[ 2 ]}

Данные Halite/Centurion были использованы для дальнейшей настройки LASNEX, который затем предсказал, что тщательное формирование лазерного импульса снизит требуемую энергию примерно в 100 раз, от 1 до 2 МДж, поэтому была разработана конструкция с общей мощностью 4 MJ начал перестраховываться. Это появилось как концепция Национального центра зажигания . ^{[ 2 ]} В 2022 году НИФ добился воспламенения, запустив самоподдерживающуюся реакцию термоядерного синтеза, в результате которой было высвобождено 3,15 МДж энергии с использованием 2,05 МДж энергии лазера. ^{[ 4 ]}

По этим причинам LASNEX вызывает некоторые споры в области ICF. ^{[ 5 ]} Точнее, LASNEX в целом довольно точно предсказывал поведение устройства при низком энергопотреблении, но его точность становится все более неточной по мере увеличения уровня энергии. ^{[ 6 ]}

Расширенные 3D-версии той же базовой концепции, например ICF3D. ^{[ 7 ]} и ГИДРА, ^{[ 8 ]} продолжают стимулировать современный дизайн ICF и также не смогли точно соответствовать экспериментальным характеристикам.

Ссылки

Цитаты

^ Наколлс, Джон; Вуд, Лоуэлл; Тиссен, Альберт; Циммерман, Джордж (15 сентября 1972 г.). «Лазерное сжатие материи до сверхвысоких плотностей: термоядерные (CTR) применения». Природа . 239 (5368): 139–142. Бибкод : 1972Natur.239..139N . дои : 10.1038/239139a0 . S2CID 45684425 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Мыло 2008 года .
^ Циммерман 1977 .
^ Епископ, Брианна (14 декабря 2022 г.). «Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса добилась термоядерного зажигания» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Проверено 14 декабря 2022 г.
^ Кристофер Пейн и Мэтью МакКинзи, «Когда экспертная оценка терпит неудачу: корни развала Национального центра зажигания (NIF)» , NDRC, 2000
^ Джон Линдл и др., «Прогресс в направлении воспламенения и распространения горения при термоядерном синтезе с инерционным удержанием» , Physics Today , сентябрь 1992 г., стр. 37
^ Шестаков А.И.; Прасад, МК; Милович, Дж.Л.; Джентиле, Северная Каролина; Художник, Дж. Ф.; Ферниш, Г. (2000). «Радиационно-гидродинамический код ICF3D». Компьютерные методы в прикладной механике и технике . 187 (1–2): 181–200. Бибкод : 2000CMAME.187..181S . дои : 10.1016/S0045-7825(99)00117-6 .
^ «Новые возможности моделирования ядерной диагностики с использованием HYDRA» , 55-е ежегодное собрание отдела физики плазмы APS, 2013 г.

Библиография

Сейфе, Чарльз (2008). Солнце в бутылке: странная история термоядерного синтеза и наука принятия желаемого за действительное . Пингвин. ISBN 9781101078990 .
Циммерман, Г. (6 октября 1977 г.). Кодекс LASNEX по термоядерному синтезу с инерционным удержанием (PDF) (Технический отчет). Ливерморская лаборатория Лоуренса.
Циммерман, Г. (1996). «LASNEX — двумерный физический код для моделирования ICF» (PDF) . Инерционный термоядерный синтез . Ливерморская лаборатория Лоуренса. стр. 150–164.

[1] Наколлс, Джон; Вуд, Лоуэлл; Тиссен, Альберт; Циммерман, Джордж (15 сентября 1972 г.). «Лазерное сжатие материи до сверхвысоких плотностей: термоядерные (CTR) применения». Природа . 239 (5368): 139–142. Бибкод : 1972Natur.239..139N . дои : 10.1038/239139a0 . S2CID 45684425 .

[FOOTNOTESeife2008-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Мыло 2008 года .

[FOOTNOTEZimmerman1977-3] Циммерман 1977 .

[4] Епископ, Брианна (14 декабря 2022 г.). «Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса добилась термоядерного зажигания» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Проверено 14 декабря 2022 г.

[5] Кристофер Пейн и Мэтью МакКинзи, «Когда экспертная оценка терпит неудачу: корни развала Национального центра зажигания (NIF)» , NDRC, 2000

[6] Джон Линдл и др., «Прогресс в направлении воспламенения и распространения горения при термоядерном синтезе с инерционным удержанием» , Physics Today , сентябрь 1992 г., стр. 37

[7] Шестаков А.И.; Прасад, МК; Милович, Дж.Л.; Джентиле, Северная Каролина; Художник, Дж. Ф.; Ферниш, Г. (2000). «Радиационно-гидродинамический код ICF3D». Компьютерные методы в прикладной механике и технике . 187 (1–2): 181–200. Бибкод : 2000CMAME.187..181S . дои : 10.1016/S0045-7825(99)00117-6 .

[8] «Новые возможности моделирования ядерной диагностики с использованием HYDRA» , 55-е ежегодное собрание отдела физики плазмы APS, 2013 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]