полость
 | Эта статья в значительной степени или полностью опирается на один источник . ( ноябрь 2009 г. ) |
В радиационной термодинамике полость ( Немецкий: [ˈhoːlˌʁaʊ̯m] ; неспецифическое немецкое слово, обозначающее «полое пространство», «пустую комнату» или «полость») — это полость, стенки которой находятся в радиационном равновесии с лучистой энергией внутри полости. Впервые предложен Густавом Кирхгофом в 1860 году и использован при изучении излучения черного тела ( hohlraumstrahlung ). [ 1 ] эту идеализированную полость на практике можно аппроксимировать полым контейнером из любого непрозрачного материала. Излучение, выходящее через небольшую перфорацию в стенке такого контейнера, будет хорошим приближением излучения черного тела при температуре внутренней части контейнера. [ 2 ] Действительно, хольраум можно построить даже из картона, как показывает «Черный ящик для тела» Перселла, демонстратор хольраума. [ 3 ]
В спектроскопии эффект Хольраума возникает, когда объект достигает термодинамического равновесия с окружающим Хольраумом. Вследствие закона Кирхгофа все оптически сливается воедино, и контраст между стенами и объектом фактически исчезает. [ 4 ]
Приложения
[ редактировать ]Хольраумы используются в экспериментах по физике плотности высокой энергии (HEDP) и инерционному термоядерному синтезу (ICF) для преобразования лазерной энергии в тепловые рентгеновские лучи для взрыва капсул, нагрева мишеней и генерации волн теплового излучения. [ 5 ] Они также могут быть использованы в конструкциях ядерного оружия.
Инерционный термоядерный синтез
[ редактировать ]
Подход к термоядерному синтезу с непрямым приводом заключается в следующем: термоядерная топливная капсула удерживается внутри цилиндрического хольраума. Корпус хольраума изготавливается с использованием элемента с высоким Z (высоким атомным номером), обычно золота или урана. Внутри хольраума находится топливная капсула, содержащая дейтериевое и тритиевое (DT) топливо. Внутри топливной капсулы налипает замороженный слой льда DT. Стенка топливной капсулы синтезируется с использованием легких элементов, таких как пластик, бериллий или углерод высокой плотности, например, алмаз. Внешняя часть топливной капсулы взрывается наружу при абляции рентгеновскими лучами, создаваемыми стенкой хольраума при облучении лазерами. Согласно третьему закону Ньютона, внутренняя часть топливной капсулы взрывается, вызывая сверхсжатие DT-топлива, активируя реакцию термоядерного синтеза.
Источник излучения (например, лазер ) направлен внутрь хольраума, а не на саму топливную капсулу. Хольраум поглощает и переизлучает энергию в виде рентгеновских лучей — процесс, известный как непрямой привод. Преимущество этого подхода по сравнению с прямым приводом заключается в том, что высокомодовые структуры лазерного пятна сглаживаются при повторном излучении энергии от стенок хольраума. Недостатком этого подхода является то, что асимметрию низкой моды сложнее контролировать. важно иметь возможность контролировать как высокомодовую, так и низкомодовую асимметрию Для достижения равномерного взрыва .
Стенки хольраума должны иметь шероховатость поверхности менее 1 микрона, поэтому при изготовлении требуется точная механическая обработка. Любое несовершенство стенки хольраума во время изготовления приведет к неравномерному и несимметричному сжатию топливной капсулы внутри хольраума во время термоядерного синтеза. Следовательно, необходимо тщательно предотвращать дефекты, поэтому обработка поверхности чрезвычайно важна, поскольку во время лазерной обработки ICF из-за сильного давления и температуры результаты очень чувствительны к шероховатости текстуры хольраума. Чтобы началось термоядерное воспламенение, топливная капсула должна иметь точно сферическую форму с шероховатостью текстуры менее одного нанометра. В противном случае нестабильность приведет к провалу термоядерного синтеза. Топливная капсула содержит небольшое заправочное отверстие диаметром менее 5 микрон для нагнетания в капсулу газа DT.
Интенсивность рентгеновского излучения вокруг капсулы должна быть очень симметричной, чтобы избежать гидродинамической нестабильности во время сжатия. Более ранние конструкции имели радиаторы на концах хольраума, но при такой геометрии оказалось трудно поддерживать адекватную рентгеновскую симметрию. К концу 1990-х годов физики-мишени разработали новое семейство конструкций, в которых ионные пучки поглощаются стенками хольраума, так что рентгеновские лучи излучаются из значительной части телесного угла, окружающего капсулу. При разумном выборе поглощающих материалов эта конструкция, называемая мишенью с «распределенным излучателем», обеспечивает лучшую симметрию рентгеновских лучей и усиление мишени при моделировании, чем предыдущие конструкции. [ 6 ]
Конструкция ядерного оружия
[ редактировать ]Термин хольраум также используется для описания корпуса термоядерной бомбы по конструкции Теллера-Улама . Целью корпуса является сдерживание и фокусировка энергии первичной стадии ( деления ), чтобы взорвать вторичную ступень ( термоядерный синтез ).
Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Харрисон, Эдвард Р. (март 1988 г.). Черные дыры в истории . Том. 29. с. 87. Бибкод : 1988QJRAS..29...87H . Проверено 28 июня 2024 г.
- ^ Аллен, Уильям Х. (1965). Словарь технических терминов для аэрокосмического использования. НАСА СП-7 . Том. 7. НАСА, Вашингтон, округ Колумбия с. 134. Бибкод : 1965НАССП...7.....А . Проверено 27 июня 2024 г.
- ^ «Черный ящик Перселла» . Демонстрации лекций Гарвардского университета по естественным наукам.
- ^ Митчелл, Герберт Дж.; Сальваджо, Карл (2003). «Спектральные характеристики воды и сопутствующих материалов MWIR и LWIR» (PDF) . Ин Шен, Сильвия С.; Льюис, Пол Э. (ред.). Алгоритмы и технологии мультиспектральной, гиперспектральной и ультраспектральной съемки IX . Том. 5093. Труды SPIE.
- ^ Макларрен, Райан Г.; Трегиллис, Ян Л.; Урбатч, Тодд Дж.; Додд, Эван С. (2021). «Проектирование хольраума с высокой плотностью энергии с использованием прямых и обратных глубоких нейронных сетей» . Буквы по физике А. doi : 10.1016/j.physleta.2021.127243 .
- ^ полость
Внешние ссылки
[ редактировать ]- НИФ Хольраум – изображение высокого разрешения в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.