Команда, возглавляемая учеными и инженерами из Калифорнийского университета в Сан-Диего и General Atomics, разработала новую технику, позволяющую «увидеть», куда доставляется энергия во время процесса, называемого быстрым зажиганием, который представляет собой подход к инициированию реакций ядерного синтеза с использованием высокоинтенсивный лазер. Визуализация потока энергии позволила исследователям протестировать различные способы улучшения доставки энергии к топливной мишени в своих экспериментах. Исследователи опубликовали свои выводы в Интернете в выпуске журнала Nature Physics от 11 января.
Быстрое зажигание включает две стадии, чтобы начать ядерный синтез. Во-первых, сотни лазеров сжимают термоядерное топливо (обычно смесь дейтерия и трития, содержащуюся в сферической пластиковой топливной капсуле) до высокой плотности. Затем высокоинтенсивный лазер подает энергию для быстрого нагрева (воспламенения) сжатого топлива.
Ученые считают быстрое зажигание многообещающим подходом к управляемому ядерному синтезу, поскольку оно требует меньше энергии, чем другие подходы.Но для того, чтобы быстрое зажигание было успешным, ученым необходимо преодолеть большое препятствие: как направить энергию от высокоинтенсивного лазера в наиболее плотную область топлива. «Это было серьезной исследовательской проблемой с тех пор, как была предложена идея быстрого зажигания», — сказал Фархат Бег, профессор механической и аэрокосмической техники и директор Центра энергетических исследований Калифорнийского университета в Сан-Диего.Чтобы решить эту проблему, команда впервые разработала способ увидеть, куда движется энергия, когда высокоинтенсивный лазер попадает в топливную цель. Этот метод основан на использовании медных индикаторов внутри топливной капсулы.
Когда высокоинтенсивный лазерный луч направляется на мишень из сжатого топлива, он генерирует высокоэнергетические электроны, которые попадают на медные индикаторы и заставляют их испускать рентгеновские лучи, которые ученые могут отображать.«До того, как мы разработали эту технику, это выглядело так, как если бы мы смотрели в темноту.
Теперь мы можем лучше понять, где вкладывается энергия, чтобы мы могли исследовать новые экспериментальные конструкции для улучшения доставки энергии в топливо», — сказал Кристофер Макгаффи. помощник научного сотрудника в группе Бега по физике высокой плотности энергии в инженерной школе Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс и соавтор статьи.Так и поступила команда. После экспериментов с различными конструкциями топливных мишеней и конфигурациями лазеров исследователи в конечном итоге достигли рекордно высокой (до 7 процентов) эффективности передачи энергии от высокоинтенсивного лазера к топливу.
По словам исследователей, этот результат демонстрирует повышение эффективности примерно в четыре раза по сравнению с предыдущими экспериментами по быстрому зажиганию.Компьютерное моделирование также предсказало, что эффективность доставки энергии достигнет 15 процентов, если экспериментальный план будет расширен.
Но это предсказание все еще нуждается в экспериментальной проверке, сказал Бег. «Мы надеемся, что эта работа откроет дверь для будущих попыток улучшить быстрое зажигание».