Инерционная сварка намагниченного вкладыша

Инерционный синтез с намагниченной гильзой ( MagLIF ) — это продолжающийся эксперимент по термоядерному синтезу , который проводится на установке Z Pulsed Power Facility (Z-машина) в Национальных лабораториях Сандиа в США. Это один из примеров более широкого подхода магнитоинерционного термоядерного синтеза , который пытается сжать предварительно нагретую плазму ? Цель состоит в том, чтобы создать условия термоядерного синтеза без уровня сжатия, необходимого в подходе термоядерного синтеза с инерционным удержанием (ICF), где требуемая плотность примерно в 100 раз превышает плотность свинца.

Термин MagLIF также можно использовать в более широком смысле для обозначения машин, которые используют тот же принцип работы, что и машина Z. Сюда входит первичный испытательный стенд (PTS) в Мьяньяне, Китай. ^{[ 1 ]}

Описание

MagLIF — это метод получения энергии путем магнитного сжатия цилиндра термоядерного топлива (например, дейтерия). осевое магнитное поле силой 10–20 Тл Сначала к топливу прикладывают . Затем многокилоджоульный лазер просвечивает топливо, предварительно нагревая его до нескольких миллионов градусов Цельсия и превращая в плазму . Наконец, длительностью 100 наносекунд импульс электрического тока проходит в осевом направлении через металлическую оболочку, окружающую топливо. Ток создает интенсивное Z-пинча магнитное поле , которое сдавливает облицовку и топливо.

Сжатие воздействует на топливо, нагревая его до десятков миллионов градусов Цельсия. Обычно электроны плазмы могут свободно улетучиваться, а ионы - в меньшей степени, унося энергию и охлаждая плазму. Сжатие также усиливает осевое магнитное поле до тысяч Тесла, обеспечивая магнитное удержание взорвавшейся плазмы и удерживая топливо и его тепло. В идеале плазма достигает достаточно высокой температуры и плотности, чтобы подвергнуться термоядерному горению с выделением энергии. ^{[ 2 ]}

MagLIF обладает характеристиками как термоядерного синтеза с инерционным удержанием (из-за использования лазера и импульсного сжатия), так и термоядерного синтеза с магнитным удержанием (из-за использования мощного магнитного поля для подавления теплопроводности и сдерживания плазмы), что делает его примером магнето. -инерционный синтез .

Результаты, опубликованные в 2012 году, компьютерное моделирование с использованием кода LASNEX показало, что установка на 70 мегаампер обеспечит выход энергии, в 1000 раз превышающий затраченную энергию, а установка на 60 мегаампер будет производить мощность, в 100 раз превышающую затраченную энергию.

Установка импульсной энергии Z

Национальная лаборатория Сандии в настоящее время изучает потенциал этого метода для получения энергии с использованием Z-машины . Машина Z рассчитана на ток 27 мегаампер и может производить немного больше энергии, чем безубыточная, помогая при этом проверить компьютерное моделирование. ^{[ 3 ]} Z-машина провела эксперименты MagLIF в ноябре 2013 года с целью провести эксперименты по безубыточности с использованием топлива DT в 2018 году. ^{[ 4 ]}

Sandia Labs планировала приступить к экспериментам по воспламенению после установления следующего: ^{[ 5 ]}

Что лайнер не развалится слишком быстро под воздействием сильной энергии. Это, по-видимому, было подтверждено недавними экспериментами. Это препятствие вызывало наибольшую озабоченность в отношении MagLIF после его первоначального предложения.
Тот факт, что предварительный лазерный нагрев способен правильно нагреть топливо, будет подтвержден экспериментами, начавшимися в декабре 2012 года.
Магнитные поля, генерируемые парой катушек выше и ниже хольраума, могут служить для улавливания предварительно нагретого термоядерного топлива и, что важно, подавлять теплопроводность, не вызывая преждевременного изгиба мишени, что будет подтверждено экспериментами, начавшимися в декабре 2012 года.

После этих экспериментов в ноябре 2013 года началось комплексное тестирование. В результате теста было получено около 10 ¹⁰ нейтроны высоких энергий.

По состоянию на ноябрь 2013 года объект Sandia Labs имел следующие возможности: ^{[ 4 ]}^{[ 6 ]}

Магнитное поле 10 Тесла
Лазер мощностью 2 килоджоуля
16 мегаампер
Д-Д топливо

В 2014 году тест дал результат 2 × 10 ¹² D–D нейтроны при следующих условиях: ^{[ 7 ]}

Магнитное поле 10 Тесла
Лазер мощностью 2,5 килоджоуля
19 мегаампер
Д-Д топливо

эксперименты, направленные на достижение энергетической безубыточности с использованием топлива DT, состоятся в 2018 году. Ожидалось, что ^{[ 8 ]}
Для достижения научной безубыточности на предприятии проводится пятилетняя модернизация, которая позволит:

30 тесла
Лазер мощностью 8 килоджоулей
27 мегаампер
Обращение с топливом D – T ^{[ 4 ]}

В 2019 году, столкнувшись с существенными проблемами, связанными со смешиванием взрывающейся фольги с топливом и спиральной нестабильностью плазмы, ^{[ 9 ]} испытания дали до 3,2×10 ¹² нейтроны при следующих условиях: ^{[ 10 ]}

Лазер мощностью 1,2 килоджоуля
18 мегаампер

В 2020 году «усредненная температура ионов по горению увеличилась вдвое до 3,1 кэВ, а выход первичных дейтерий-дейтериевых нейтронов увеличился более чем на порядок до 1,1 × 10 ¹³ (2 кДж дейтерий-тритиевого эквивалента) за счет одновременного увеличения приложенного магнитного поля (с 10,4 до 15,9 Тл), энергии предварительного нагрева лазера (с 0,46 до 1,2 кДж) и тока связи (с 16 до 20 мегаампер)». ^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ Хайлун, Чжао; и др. (12 мая 2020 г.). «Предварительное исследование концепции MagLIF и технико-экономическое обоснование объекта PTS» . Мощный лазер и пучки частиц . 32 (6): 62002–62010. дои : 10.11884/HPLPB202032.190352 .
^ Ягер-Элорриага, Д.А.; Гомес, MR; Руис, Делавэр; Слуц, SA; Харви-Томпсон, AJ; Дженнингс, Калифорния (2022 г.). «Обзор магнитоинерционного синтеза на машине Z в Национальных лабораториях Сандии». Ядерный синтез . 62 (4): 042015. Бибкод : 2022NucFu..62d2015Y . дои : 10.1088/1741-4326/ac2dbe .
^ Слуц, Стивен; Роджер А. Веси (12 января 2012 г.). «Магнитный инерционный синтез с высоким коэффициентом усиления» . Письма о физических отзывах . 108 (2): 025003. Бибкод : 2012PhRvL.108b5003S . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.025003 . ПМИД 22324693 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Гиббс WW (2014). «Метод тройной угрозы дает надежду на синтез» . Природа . 505 (7481): 9–10. Бибкод : 2014Natur.505....9G . дои : 10.1038/505009а . ПМИД 24380935 .
^ «Эксперименты в пробном режиме подтверждают ключевой аспект концепции ядерного синтеза: научная цель «безубыточность» или лучше — это ближайшая цель» . Проверено 24 сентября 2012 г.
^ Райан, МакБрайд. «Эксперименты по свойствам намагниченных LIF и цилиндрических динамических материалов на Z» . Креллский институт . Проверено 20 ноября 2013 г.
^ Гомес, MR; и др. «Экспериментальная проверка концепции инерционного синтеза намагниченной гильзы (MagLIF)» . Креллский институт . Проверено 23 мая 2015 г.
^ Кунео, Мэн; и др. (2012). «Магнитная имплозия для термоядерного синтеза с инерционным удержанием в национальных лабораториях Сандии» . Транзакции IEEE по науке о плазме . 40 (12): 3222–3245. Бибкод : 2012ITPS...40.3222C . дои : 10.1109/TPS.2012.2223488 .
^ Сейлер, CE; Мартин, MR; Хэмлин, Северная Дакота (2018). «Винтовая неустойчивость в MagLIF из-за сжатия аксиального потока плазмой низкой плотности» . Физика плазмы . 25 (6). Физика плазмы 25, 062711 (2018): 062711. Бибкод : 2018PhPl...25f2711S . дои : 10.1063/1.5028365 . ОСТИ 1456307 .
^ Гомес, MR; и др. (2019). «Оценка условий застоя и выявление тенденций в инерционной сварке намагниченных гильз» . Транзакции IEEE по науке о плазме . 47 (5). Транзакции IEEE по плазменной науке, том. 47/5: 2081–2101. Бибкод : 2019ITPS...47.2081G . дои : 10.1109/TPS.2019.2893517 . ОСТИ 1529761 .
^ Гомес, MR; и др. (2020). «Масштабирование производительности в экспериментах по инерционному синтезу намагниченных гильз» . Физ. Преподобный Летт . 125 (15). Американское физическое общество: 155002. Бибкод : 2020PhRvL.125o5002G . doi : 10.1103/PhysRevLett.125.155002 . ПМИД 33095639 .

[1] Хайлун, Чжао; и др. (12 мая 2020 г.). «Предварительное исследование концепции MagLIF и технико-экономическое обоснование объекта PTS» . Мощный лазер и пучки частиц . 32 (6): 62002–62010. дои : 10.11884/HPLPB202032.190352 .

[overview-2] Ягер-Элорриага, Д.А.; Гомес, MR; Руис, Делавэр; Слуц, SA; Харви-Томпсон, AJ; Дженнингс, Калифорния (2022 г.). «Обзор магнитоинерционного синтеза на машине Z в Национальных лабораториях Сандии». Ядерный синтез . 62 (4): 042015. Бибкод : 2022NucFu..62d2015Y . дои : 10.1088/1741-4326/ac2dbe .

[3] Слуц, Стивен; Роджер А. Веси (12 января 2012 г.). «Магнитный инерционный синтез с высоким коэффициентом усиления» . Письма о физических отзывах . 108 (2): 025003. Бибкод : 2012PhRvL.108b5003S . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.025003 . ПМИД 22324693 .

[pmid24380935-4] Jump up to: ^а ^б ^с Гиббс WW (2014). «Метод тройной угрозы дает надежду на синтез» . Природа . 505 (7481): 9–10. Бибкод : 2014Natur.505....9G . дои : 10.1038/505009а . ПМИД 24380935 .

[5] «Эксперименты в пробном режиме подтверждают ключевой аспект концепции ядерного синтеза: научная цель «безубыточность» или лучше — это ближайшая цель» . Проверено 24 сентября 2012 г.

[6] Райан, МакБрайд. «Эксперименты по свойствам намагниченных LIF и цилиндрических динамических материалов на Z» . Креллский институт . Проверено 20 ноября 2013 г.

[7] Гомес, MR; и др. «Экспериментальная проверка концепции инерционного синтеза намагниченной гильзы (MagLIF)» . Креллский институт . Проверено 23 мая 2015 г.

[8] Кунео, Мэн; и др. (2012). «Магнитная имплозия для термоядерного синтеза с инерционным удержанием в национальных лабораториях Сандии» . Транзакции IEEE по науке о плазме . 40 (12): 3222–3245. Бибкод : 2012ITPS...40.3222C . дои : 10.1109/TPS.2012.2223488 .

[9] Сейлер, CE; Мартин, MR; Хэмлин, Северная Дакота (2018). «Винтовая неустойчивость в MagLIF из-за сжатия аксиального потока плазмой низкой плотности» . Физика плазмы . 25 (6). Физика плазмы 25, 062711 (2018): 062711. Бибкод : 2018PhPl...25f2711S . дои : 10.1063/1.5028365 . ОСТИ 1456307 .

[10] Гомес, MR; и др. (2019). «Оценка условий застоя и выявление тенденций в инерционной сварке намагниченных гильз» . Транзакции IEEE по науке о плазме . 47 (5). Транзакции IEEE по плазменной науке, том. 47/5: 2081–2101. Бибкод : 2019ITPS...47.2081G . дои : 10.1109/TPS.2019.2893517 . ОСТИ 1529761 .

[11] Гомес, MR; и др. (2020). «Масштабирование производительности в экспериментах по инерционному синтезу намагниченных гильз» . Физ. Преподобный Летт . 125 (15). Американское физическое общество: 155002. Бибкод : 2020PhRvL.125o5002G . doi : 10.1103/PhysRevLett.125.155002 . ПМИД 33095639 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]