Лазерный термоядерный синтез (ЛТС)

 

Согласно оценкам, приведенным в конце предыдущего параграфа, для инициирования реакции термоядерного синтеза в d-t мишени при твердотельной плотности время нагревания плазмы должно быть меньше времени . Размеры нагреваемого образца при этом составляют 0,2 см, а требуемая для нагревания энергия равна

.

Следовательно, для осуществления термоядерного синтеза необходимы высокие концентрации энергии , что под силу современным импульсным лазерам ().

В ЛТС сферическая мишень содержит ряд концентрических оболочек (рис. 2). Внешняя оболочка, называемая аблятором, под действием лазерного излучения испаряется, ионизуется и превращается в плазму. Расширение этой плазмы формирует на внутренней границе аблятора импульс так называемого абляционного давления, складывающегося из теплового давления и реактивного давления разлетающейся плазмы, которое может достигать 10⁶ атм. и более. Следующий за аблятором слой предназначен для аккумулирования кинетической энергии неиспаренной части мишени при ее движении к центру, что и приводит к сжатию термоядерного горючего. Центральная часть мишени содержит дейтериево-тритиевую смесь в виде льда или газа под давлением до нескольких сотен атмосфер. Она может быть окружена теплоизолирующими слоями, облегчающими инициирование термоядерных реакций за счет сохранения и замедления в ней -частиц – продуктов реакции синтеза (43 в). В этом случае радиус центральной зоны должен превышать длину пробега -частиц с энергией

 

 

Рис.2. Принципиальная схема сферической мишени для ЛТС

 

Для устойчивого сжатия мишени должна выполняться высокая точность ее изготовления (не менее 1%), а однородность облучения должна быть не хуже 5%. Сам сферически симметричный лазерный импульс специальным образом зависит от времени. Это позволяет предотвратить неустойчивость процесса сжатия. Расчеты показывают, что периферийная часть термоядерного топлива может быть нагрета до температуры 10⁷К при плотности , а центральная часть мишени – до необходимой температуры ~ 10⁸К при меньшей плотности , что достаточно для возникновения самоподдерживающейся термоядерной реакции.

Для создания лазерного термоядерного реактора, в котором осуществляется термоядерный микровзрыв мишени и последующее использование и преобразование энергии, лазеры должны обладать следующими характеристиками [1]:

- энергия импульса ;

- длительность импульса ()∙10⁸ с;

- к.п.д. ;

В этом случае расчетный коэффициент усиления, т.е. отношение выделившейся термоядерной энергии к энергии лазера, может достигать , что достаточно для создания экономически рентабельного лазерного термоядерного реактора.