ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
реализации масштабного плазменного эксперимента на уровне осуществления
физического термоядерного синтеза к экспериментальному аппарату нужно подсоединять
стационарный генератор электрической мощности, сопоставимой с мощностью блока
современной электростанции. В этом анализе мы не учитывали энергозатрат на создание
тороидального и полоидального магнитного поля и на обеспечение функционирования
множества вспомогательных агрегатов, обсуживающих эксперимент.
Другой пример - исследования по инерциальному термоядерному синтезу.
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.
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
ρ
R ≥ 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. Выход из создавшегося
положения состоит в применении предварительного сжатия, имплозии, исходной DT-
смеси. Сожмем шарик по радиусу в x=R
0
/R раз, тогда его плотность возрастет в x
3
раз.
Вспомним условие зажигания ρR=r
0
R
0
= const ~ 1г/см
2
. После этого перепишем
выражение для энергии инициирования следующим образом:
E ~ (4/3)pR
3
re = e(4/3)p(rR)
3
/r
2
= e(4/3)p(r
0
R
0
)
3
/ (r
0
x
3
)
2
= E
0
/x
6
реализации масштабного плазменного эксперимента на уровне осуществления
физического термоядерного синтеза к экспериментальному аппарату нужно подсоединять
стационарный генератор электрической мощности, сопоставимой с мощностью блока
современной электростанции. В этом анализе мы не учитывали энергозатрат на создание
тороидального и полоидального магнитного поля и на обеспечение функционирования
множества вспомогательных агрегатов, обсуживающих эксперимент.
Другой пример - исследования по инерциальному термоядерному синтезу.
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.
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. Выход из создавшегося
положения состоит в применении предварительного сжатия, имплозии, исходной DT-
смеси. Сожмем шарик по радиусу в x=R0/R раз, тогда его плотность возрастет в x3 раз.
Вспомним условие зажигания ρR=r0 R0= const ~ 1г/см2 . После этого перепишем
выражение для энергии инициирования следующим образом:
E ~ (4/3)pR3re = e(4/3)p(rR)3/r2 = e(4/3)p(r0 R0 )3/ (r0x3 )2 = E0/x6
