パルス熱核融合が液体燃料に切り替えられました

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ビデオ: 地上の太陽 レーザー核融合の挑戦 2022, 12月
パルス熱核融合が液体燃料に切り替えられました
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Anonim
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レーザービーム(白)とホラムの加熱された壁からのX線スポット(オレンジ)を含むホラムの合成画像。

慣性核融合の分野で研究を行っているカリフォルニアの国立点火施設の科学者たちは、凍結した重水素-トリチウム混合物の層を液体類似体に置き換えた新しいタイプのターゲットで実験を行いました。その結果、ターゲットの加熱に必要なレーザー放射パワーを約2分の1に低減し、実験データと計算モデルを一致させることができました。研究記事はジャーナルPhysicalReview Lettersに掲載され、ジャーナルPhysicsのWebサイトで簡単に説明されています。

プラズマが磁場によって閉じ込められる準定常システムとは異なり、慣性熱核融合では、燃料混合物はそれ自体の慣性力によって短時間保持されます。 NIFは、192個のレーザーのエネルギーを使用し、合計出力は500テラワットで、燃料を含む球形のターゲットで特別なカプセルまたは「ホラム」を加熱します。 「ホラム」材料がレーザーパルスと相互作用すると、ターゲット表面が蒸発し、プラズマコロナを形成し、ターゲットの低温中心を圧縮して衝撃波を発生させます。中心部で最大の圧縮と加熱が行われる瞬間、熱核融合反応はアルファ粒子の形成から始まり、ターゲットをさらに加熱します。その結果、熱核燃焼のプロセスはターゲットの中心からその周辺に広がります。

さらに、直径がわずか2 mmの球形のターゲットは、高価で複雑な要素です。レーザー放射を吸収して衝撃波を発生させる外層で構成され、内部から厚さ70 µmの凍結重水素-トリチウム混合物の層で覆われています。ターゲットの中央部分は、D-T混合物の蒸気で満たされています。

これまで、慣性核融合実験の主な難しさは、X線放射によるターゲット加熱の非対称性であり、これは高い圧縮パラメータの達成と自立反応の開始を可能にしません。この問題の解決策の1つとして、科学者たちはD-T混合物の氷の層を同様の組成の液体層に置き換えようとしました。物理学者によって考えられたように、これはターゲットの中央部分の燃料混合物の蒸気圧を増加させ、プラズマパラメータに対する加熱の非対称性と不安定性の影響を減らします。これにより、より高温で高密度のプラズマを得ることが可能になります。

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NIFでの説明された実験で使用された燃料と「ホラム」の液体層を備えた球形ターゲットの構造

実験の過程で、ターゲットの内面は、液体DT混合物で濡らすのに十分な強度を持つ厚さ30 µmの低密度多孔質炭化水素材料(CH-「フォーム」と呼ばれる)の均一な層で覆われました。 。ターゲットシェルは高密度カーボンでできていました。

その結果、以前の実験と比較して、核融合反応が起こる「ホットスポット」のサイズを30%縮小し、そこで発生するプラズマ圧力を40%増加させることができました。この場合、大きな中性子収量が得られ、加熱に費やされる電力はほぼ半分になりました。

さらに、得られたデータは、実行されたシミュレーションの結果とよく一致しています。これらの研究は、「ホットスポット」のサイズとその作成コストとの関係を特定するための新しい実験ベース、および結果として生じるプラズマのパラメータを診断するための新しい方法を作成します。

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