Jump to content

Термоядерное зажигание

Зажигание термоядерного синтеза — это момент, в котором реакция ядерного синтеза становится самоподдерживающейся . Это происходит, когда энергия , выделяемая в результате реакции, нагревает топливную массу быстрее, чем охлаждает. Другими словами, термоядерное зажигание — это момент, в котором возрастающий саморазогрев ядерного синтеза устраняет необходимость во внешнем нагреве. [ 1 ] Это количественно определяется критерием Лоусона . [ 2 ] Воспламенение также можно определить по коэффициенту усиления энергии термоядерного синтеза . [ 3 ]

В лаборатории термоядерное воспламенение, определяемое критерием Лоусона, было впервые достигнуто в августе 2021 года. [ 4 ] и воспламенение, определяемое коэффициентом выигрыша энергии, было достигнуто в декабре 2022 года, [ 5 ] [ 6 ] США оба – Национальным центром зажигания .

Исследовать

[ редактировать ]
Схема этапов инерционного термоядерного синтеза с использованием лазеров. Синие стрелки представляют радиацию; оранжевый – обдув; желтый — это тепловая энергия, передаваемая внутрь.
  1. Лазерные лучи или рентгеновские лучи, создаваемые лазером, быстро нагревают поверхность термоядерной мишени, образуя окружающую плазменную оболочку.
  2. Топливо сжимается за счет ракетного сдувания горячего материала поверхности.
  3. Во время заключительной части взрыва капсулы плотность топливного ядра достигает 20-кратной плотности свинца и воспламеняется при температуре 100 000 000 °C.
  4. Термоядерный ожог быстро распространяется по сжатому топливу, выделяя во много раз больше входной энергии.

Зажигание не следует путать с безубыточностью — аналогичной концепцией, которая сравнивает общую выделяемую энергию с энергией, используемой для нагрева топлива. Ключевое отличие состоит в том, что безубыточность игнорирует потери в окружающей среде, которые не способствуют нагреву топлива и, следовательно, не могут сделать реакцию самоподдерживающейся. Безубыточность является важной целью в области термоядерной энергетики , но для практической конструкции, производящей энергию, необходимо зажигание. [ 7 ]

В природе звезды достигают воспламенения при температуре, близкой к температуре Солнца , около 15 миллионов кельвинов (27 миллионов градусов по Фаренгейту). Звезды настолько велики, что продукты термоядерного синтеза почти всегда будут взаимодействовать с плазмой, прежде чем их энергия будет потеряна в окружающей среде за пределами звезды. Для сравнения, искусственные реакторы гораздо менее плотные и намного меньше, что позволяет продуктам термоядерного синтеза легко покидать топливо. Чтобы компенсировать это, требуются гораздо более высокие скорости плавления и, следовательно, гораздо более высокие температуры; большинство искусственных термоядерных реакторов рассчитаны на работу при температурах более 100 миллионов кельвинов (180 миллионов градусов по Фаренгейту). [ 8 ]

Зажигание термоядерного синтеза было впервые осуществлено людьми в ядре детонирующего термоядерного оружия . В термоядерном оружии используется обычная «свеча зажигания» деления ( U-235 или Pu-239 / 241 ) для создания высокого давления и сжатия стержня термоядерного топлива (обычно дейтерида лития ). Топливо достигает достаточно высокого давления и плотности, чтобы воспламениться, выделяя при этом большое количество энергии и нейтронов. [ 9 ]

Национальная установка зажигания Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса с помощью лазера, проводит эксперименты по термоядерному синтезу с инерционным удержанием в результате которых достигается термоядерное зажигание. Это похоже на термоядерное оружие, но Национальная установка зажигания использует лазерную систему мощностью 1,8 МДж вместо оружия деления для сжатия топлива и использует гораздо меньшее количество топлива (смесь дейтерия и трития , которые оба изотопами являются водород ). [ 10 ] В январе 2012 года директор Национального центра зажигания Майк Данн на пленарном докладе Photonics West 2012 предсказал, что воспламенение будет достигнуто в NIF к октябрю 2012 года. [ 11 ] К 2022 году НИФ добился воспламенения. [ нужна ссылка ]

Основанный на конструкции реактора токамак , ИТЭР предназначен для поддержания термоядерного синтеза в основном за счет внутреннего термоядерного нагрева и обеспечения десятикратного возврата энергии в плазме. [ 12 ] Ожидается, что строительство завершится в 2025 году. [ нужна ссылка ]

Эксперты полагают, что достижение термоядерного воспламенения является первым шагом на пути к производству электроэнергии с использованием термоядерной энергии . [ 13 ]

Отчеты о возгорании за 2021 и 2022 годы

[ редактировать ]

Национальная установка зажигания Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии сообщила в 2021 году. [ 14 ] что он вызвал возгорание в лаборатории 8 августа 2021 года, впервые за более чем 60-летнюю историю программы ICF. [ 15 ] [ 16 ] Выстрел дал 1,3 мегаджоуля энергии термоядерного синтеза, что в 8 раз больше, чем в испытаниях, проведенных весной 2021 года. [ 14 ] По оценкам NIF, лазер подал 1,9 мегаджоулей энергии, 230 килоджоулей из которых достигли топливной капсулы. Это соответствует общему научному приросту энергии 0,7 и приросту энергии капсулы 6. [ 14 ] Хотя эксперимент не достиг воспламенения по определению Национальной академии наук (общий прирост энергии превышал единицу), большинство людей, работающих в полевых условиях, рассматривали эксперимент как демонстрацию воспламенения, определенного критерием Лоусона. [ 14 ]

В августе 2022 года результаты эксперимента были подтверждены в трёх рецензируемых статьях: одна в Physical Review Letters и две в Physical Review E. [ 17 ] На протяжении 2022 года исследователи НИФ пытались, но безуспешно, повторить августовский результат. [ 18 ] Однако 13 декабря 2022 года Министерство энергетики США объявило через Твиттер, что эксперимент 5 декабря превзошел августовский результат, достигнув научного прироста 1,5. [ 19 ] [ 20 ] превосходя определение воспламенения Национальной академии наук. [ 3 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Чендлер, Дэвид Л. (10 мая 2010 г.). «Новый проект направлен на термоядерное зажигание» . Новости МТИ . Массачусетский технологический институт . Проверено 24 февраля 2012 г.
  2. ^ Лоусон, доктор юридических наук (декабрь 1955 г.). «Некоторые критерии энергетического термоядерного реактора». Труды Физического общества, раздел Б. 70 (1): 6–10. Бибкод : 1957ППСБ...70....6Л . дои : 10.1088/0370-1301/70/1/303 .
  3. ^ Jump up to: а б Епископ, Брианна (6 февраля 2023 г.). «Ignition дает США «уникальную возможность» возглавить мировые исследования IFE» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Проверено 26 июля 2023 г. Этот подвиг установил научный прирост энергии в 1,5 по сравнению с приростом в 1, который используется Национальной академией наук для определения воспламенения.
  4. ^ Абу-Шавареб, Х.; Акри, Р.; Адамс, П. (8 августа 2022 г.). «Критерий Лоусона для воспламенения, превышенный в эксперименте по инерционному термоядерному синтезу» . Физ. Преподобный Летт . 129 : 075001. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.075001 . hdl : 10044/1/99300 . Проверено 26 июля 2023 г.
  5. ^ Клери, Дэниел (13 декабря 2022 г.). «Исторический взрыв и долгожданный прорыв в области термоядерного синтеза» . Наука . дои : 10.1126/science.adg2803 . Проверено 13 декабря 2022 г.
  6. ^ Дэвид Крамер (13 декабря 2022 г.), «Национальная установка зажигания преодолела долгожданную веху в области термоядерного синтеза» , Physics Today , 2022 (2), Американский институт физики: 1213a, doi : 10.1063/PT.6.2.20221213a , S2CID   254663644 , Выстрел в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса 5 декабря — это первая в истории контролируемая реакция термоядерного синтеза, дающая выигрыш в энергии.
  7. ^ «Национальный центр зажигания: начало новой эры науки» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Архивировано из оригинала 2 мая 2012 года . Проверено 26 февраля 2012 г.
  8. ^ Наранг, Гаурви (11 сентября 2022 г.). «Реактор ядерного синтеза достигает 100 миллионов градусов Цельсия за 30 секунд. Вот что это значит для будущего» . Печать . Проверено 28 декабря 2022 г.
  9. ^ Хансен, Чак (1988). Ядерное оружие США: Тайная история . Корона . ISBN  978-0517567401 . ЛЦН   87021995 . OCLC   865554459 . ОЛ   2392513М . Проверено 10 ноября 2021 г. - из Интернет-архива .
  10. ^ Национальный исследовательский совет (США). Плазменный комитет (20 декабря 2007 г.). Наука о плазме: развитие знаний в национальных интересах . Национальная академическая пресса. п. 24. ISBN  978-0-309-16436-8 .
  11. ^ Хэтчер, Майк (26 января 2012 г.). «PW 2012: термоядерный лазер на подходе к 2012 году» . Оптика.org . Сан-Франциско . Проверено 11 января 2019 г.
  12. ^ «Что такое ИТЭР?» .
  13. ^ Национальный исследовательский совет (США). Плазменный комитет (20 декабря 2007 г.). Наука о плазме: развитие знаний в национальных интересах . Национальная академическая пресса. ISBN  978-0-309-16436-8 .
  14. ^ Jump up to: а б с д Райт, Кэтрин (30 ноября 2021 г.). «Сначала воспламенение в реакции термоядерного синтеза» . Физика . 14 : 168. Бибкод : 2021PhyOJ..14..168W . дои : 10.1103/Физика.14.168 . S2CID   244829710 .
  15. ^ Даннинг, Хейли (17 августа 2021 г.). «Главная веха в области ядерного синтеза достигнута, когда в лаборатории произошло «воспламенение»» . Физика.орг .
  16. ^ Епископ, Брианна (18 августа 2021 г.). «Эксперимент Национальной установки зажигания ставит исследователей на порог термоядерного воспламенения» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса .
  17. ^ Падилья, Майкл (8 августа 2022 г.). «Три рецензируемых статьи освещают научные результаты рекордной мощности выстрела, полученного Национальной установкой зажигания» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса .
  18. ^ Крамер, Дэвид (3 декабря 2021 г.). «Последние попытки Лоуренса Ливермора зажечь провалились» . Физика сегодня . 2021 (2): 1203а. дои : 10.1063/PT.6.2.20211203a . S2CID   244935714 .
  19. ^ Дэвис, Никола (12 декабря 2022 г.). «Прорыв в области ядерного синтеза может означать «почти безграничную энергию» » . Хранитель . Проверено 13 декабря 2022 г.
  20. ^ @energy (13 декабря 2022 г.). «ПОСРЕДСТВЕННЫЕ НОВОСТИ: Это объявление готовилось десятилетиями» ( твит ) . Проверено 14 декабря 2022 г. - через Twitter .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9a4ca4a4bea9c24e20a05537a495c33d__1705138920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/9a/3d/9a4ca4a4bea9c24e20a05537a495c33d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Fusion ignition - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)