Энергия инерциального ядерного синтеза. Недосеев С.Л. - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МФТИ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

В соответствии с общей схемой термоядерной мишени, DT топливо помещается в
сферическую капсулу, которая сжимается до колоссальных плотностей в ρ~1000 г/cм
3
за
счет импульса давления, обеспечиваемого внешним источником энергии – драйвером. В
момент наибольшего сжатия достигаются необходимые условия по плотности и
температуре вещества, и начинается горение топлива, т.е. начинает идти ядерная реакция
синтеза D+T с выделением энергии в виде нейтронов и α - частиц. Нейтроны покидают
зону реакции, а α-частицы при торможении выделяют энергию в топливе, содействуя
дальнейшему его подогреву. Для этого необходимо, чтобы «оптическая толщина» сжатого
топлива ρR (r – плотность термоядерной взрывчатки, г/см
3
. R – радиус сжатого топлива,
см) превосходила бы пробег α-частиц с энергией 3,5 МэВ. Это важное для ИТС условие
хорошо выполняется при ρR ≥ 1 г/cм
-2
. В этих условиях заряженные продукты реакции
синтеза, α-частицы, передают значительную часть своей энергии плотной плазме и
процесс горения происходит при температурах 30-100 кэВ, соответствующих
максимальным значениям скорости DT-реакции. Прежде чем реагирующее топливо
разлетится под действием сил гидродинамического давления за времена ∼10
-10
с должно
прореагировать ∼30% массы DT.
Оценим минимальную энергию, необходимую для инициирования термоядерного
микровзрыва. Мы будем пользоваться простейшими представлениями, понимая, что в
реальности задача много сложнее. Пусть имеем шарик из криогенной DT-смеси с
радиусом R. Плотность твердой DT-смеси при криогенных температурах r
0
~0,3 г/см
3
.
Полагая, что зажигание термоядерного горения возможно, если ρR ≥ 0,3 г/cм
-2
, получим,
что необходимый для этого размер шарика из замороженной DT-смеси R
0
~1 см.
Предположим, что каким-то способом нам удалось мгновенно и объемно нагреть этот
шарик, так что температура смеси достигла значения T~10 кэВ, а шарик еще не успел
разлететься. Учитывая, что скорость разлета термоядерной взрывчатки при T~10 кэВ
равна примерно V~10
8
см/с, получаем критерий мгновенности нагрева t
0
<R
0
/V ~ 10нс.
Энергосодержание 1 грамма DT-смеси, в котором содержится примерно 2,5.10
23
атомов, при термоядерной температуре составляет e~10
8
Дж/г. В шаре с радиусом R из
такого вещества содержится энергия E ~ (4/3)pR
3
re. Тогда для подрыва шарика из
криогенной DT-смеси, потребуется E
0
>100 МДж энергии. Учитывая критерий
мгновенности, получим потребную мощность для этой цели W
0
~ E
0
/t
0
>10
16
Вт. Как
видим, потребные значения величин E
0
и W
0
в совокупности далеко уходят за рамки
возможного даже при самых оптимистических предположениях. К тому же, масса такого 
       В соответствии с общей схемой термоядерной мишени, DT топливо помещается в
сферическую капсулу, которая сжимается до колоссальных плотностей в ρ~1000 г/cм3 за
счет импульса давления, обеспечиваемого внешним источником энергии – драйвером. В
момент наибольшего сжатия достигаются необходимые условия по плотности и
температуре вещества, и начинается горение топлива, т.е. начинает идти ядерная реакция
синтеза D+T с выделением энергии в виде нейтронов и α - частиц. Нейтроны покидают
зону реакции, а α-частицы при торможении выделяют энергию в топливе, содействуя
дальнейшему его подогреву. Для этого необходимо, чтобы «оптическая толщина» сжатого
топлива ρR (r – плотность термоядерной взрывчатки, г/см3. R – радиус сжатого топлива,

см) превосходила бы пробег α-частиц с энергией 3,5 МэВ. Это важное для ИТС условие
хорошо выполняется при ρR ≥ 1 г/cм-2. В этих условиях заряженные продукты реакции
синтеза, α-частицы, передают значительную часть своей энергии плотной плазме и
процесс      горения происходит при температурах 30-100 кэВ, соответствующих
максимальным значениям скорости DT-реакции. Прежде чем реагирующее топливо
разлетится под действием сил гидродинамического давления за времена ∼10-10 с должно
прореагировать ∼30% массы DT.
      Оценим минимальную энергию, необходимую для инициирования термоядерного
микровзрыва. Мы будем пользоваться простейшими представлениями, понимая, что в
реальности задача много сложнее. Пусть имеем шарик из криогенной DT-смеси с
радиусом R. Плотность твердой DT-смеси при криогенных температурах r0~0,3 г/см3.

Полагая, что зажигание термоядерного горения возможно, если ρR ≥ 0,3 г/cм-2, получим,
что необходимый для этого размер шарика из замороженной DT-смеси R0~1 см.
Предположим, что каким-то способом нам удалось мгновенно и объемно нагреть этот
шарик, так что температура смеси достигла значения T~10 кэВ, а шарик еще не успел
разлететься. Учитывая, что скорость разлета термоядерной взрывчатки при T~10 кэВ
равна примерно V~108 см/с, получаем критерий мгновенности нагрева t0100   МДж   энергии.   Учитывая   критерий
мгновенности, получим потребную мощность для этой цели W0 ~ E0/t0 >1016 Вт. Как
видим, потребные значения величин E0 и W0 в совокупности далеко уходят за рамки
возможного даже при самых оптимистических предположениях. К тому же, масса такого

Страницы