NIF зажёг, теперь официально
Вы, наверное, помните, я писал в октябре прошлого года, что на установке инерциального термоядерного синтеза NIF был достигнут так называемый scientific breakeven - количество выделившейся в результате реакции энергии превысило количество энергии, «закачанной» в мишень. Тогда единственным источником этой информации была внутренняя рассылка и пара местных семинаров. Сегодня, наконец, об этом достижении было объявлено официально в связи с публикацией соответствующей статьи в Nature.
Мишень NIF. Credit: Eddie Dewald/LLNL
Теперь же можно и окончательно разобраться с тем, что позволило сделать прорыв. Напомню, что достичь breakeven собирались ещё в конце 2012 года, но все проводившиеся эксперименты сильно расходились с результатами предварительных численных расчётов, и уровень нейтронного выхода был очень низок. Естественно, проблему искали в неустойчивостях - при сжатии мишени, любая неоднородность самой мишени или облучающего её излучения быстро приводит к отклонению от сферической симметрии и разрушению процесса сжатия.
Чтобы побороть неустойчивость решили увеличить температуру мишени до сжатия. Это так называемая идея «high foot». Foot или пъедестал - это часть лазерного импульса, предваряющая пик. Она относительно длинная, но малоинтенсивная. Естественно, она немного нагревает мишень до прихода основной части. Вначале её пытались сделать как можно меньше, чтобы основная часть была помощнее и, соответственно, могла сильнее сжать мишень. В новой серии экспериментов от этого решили отказаться, и подняли мощность пъедестала. Теперь мишень нагревалась и становилась более устойчивой при дальнейшем сжатии. Конечно, меньшая мощность основного пика излучения означала меньшую теоретическую степень сжатия, но на практике из-за того, что удалось побороть неустойчивости, сжать мишень удалось даже сильнее. Это и привело к десятикратному росту выделенной энергии.
Ну и в конце, ещё раз отмечу, что речь не о реальном breakeven, когда выделяемая в термоядерных реакциях мощность сравнивается с мощностью, потребляемой всей установкой, а только о научном breakeven - выделившаяся энергия превысила энергию, непосредственно переданную мишени. Для понимания приведу цифры для одного выстрела: полная энергия лазерных импульсов - 1,7 МДж, энергий, переданная мишени - 10 кДж, выделившаяся энергия - 17 кДж. Обнадёживающим, однако, является то, что практически половина этой энергии выделилась в результате самонагрева мишени испущенными ею же альфа-частицами. В будущем именно этот процесс должен привести к многократному росту выделяемой энергии.
График из статьи в Nature.
Мишень NIF. Credit: Eddie Dewald/LLNL
Теперь же можно и окончательно разобраться с тем, что позволило сделать прорыв. Напомню, что достичь breakeven собирались ещё в конце 2012 года, но все проводившиеся эксперименты сильно расходились с результатами предварительных численных расчётов, и уровень нейтронного выхода был очень низок. Естественно, проблему искали в неустойчивостях - при сжатии мишени, любая неоднородность самой мишени или облучающего её излучения быстро приводит к отклонению от сферической симметрии и разрушению процесса сжатия.
Чтобы побороть неустойчивость решили увеличить температуру мишени до сжатия. Это так называемая идея «high foot». Foot или пъедестал - это часть лазерного импульса, предваряющая пик. Она относительно длинная, но малоинтенсивная. Естественно, она немного нагревает мишень до прихода основной части. Вначале её пытались сделать как можно меньше, чтобы основная часть была помощнее и, соответственно, могла сильнее сжать мишень. В новой серии экспериментов от этого решили отказаться, и подняли мощность пъедестала. Теперь мишень нагревалась и становилась более устойчивой при дальнейшем сжатии. Конечно, меньшая мощность основного пика излучения означала меньшую теоретическую степень сжатия, но на практике из-за того, что удалось побороть неустойчивости, сжать мишень удалось даже сильнее. Это и привело к десятикратному росту выделенной энергии.
Ну и в конце, ещё раз отмечу, что речь не о реальном breakeven, когда выделяемая в термоядерных реакциях мощность сравнивается с мощностью, потребляемой всей установкой, а только о научном breakeven - выделившаяся энергия превысила энергию, непосредственно переданную мишени. Для понимания приведу цифры для одного выстрела: полная энергия лазерных импульсов - 1,7 МДж, энергий, переданная мишени - 10 кДж, выделившаяся энергия - 17 кДж. Обнадёживающим, однако, является то, что практически половина этой энергии выделилась в результате самонагрева мишени испущенными ею же альфа-частицами. В будущем именно этот процесс должен привести к многократному росту выделяемой энергии.
График из статьи в Nature.