Появилась серьезная надежда на управляемый термояд.
.
Все гениальное просто. Но сначала - физика. Главная проблема управляемого термояда просто для понимания, как песня. Для того, чтобы произошла ядерная реакция два одинаково заряженных ядра должны быть сведены в месте на столь близкое расстояние, что ядерные силы, экспоненциально убывающие с расстоянием, оказываются сильнее, чем дальнодействующие, отталкивающие одноименные заряды кулоновские силы. Характерное расстояние, до которого ядерные силы действуют, это грубо говоря, расстояние на которое успевают улететь пи-мезоны, которыми обмениваются нейтроны и протоны, превращаясь друг в друга. Так вот это расстояние примерно равно 10^-13 cm - в сто тысяч раз меньше диаметра атома водорода. Из-за того, что это расстояние чудовищно мало, отталкивающие силы очень велики, а значит и высок потенциальный барьер, чтобы ядра оказались с с сего "ядерной стороны " и прореагировали. Есть два способа этот барьер преодолеть: либо разогнать ядра так, что они "заедут" на потенциальную горку по инерции, либо если они квантовомеханически "просочаться" под"барьером.
На первом, лобовом, способе основаны все виды термояда, которые сегодня рассматриваются, как потенциально возможные. Что касается туннелирования... Это как раз идея для так называемого "холодного" термояда: для того, чтобы сузить потенциальный барьер, чтобы позволит "холодному" и, следовательно, относительно "длинноволновому" ядру протуннелировать с заметной вероятностью (так как эта вероятность экспоненциально падает с увеличение ширины барьера") было предложено было заменить электроны в атомах на относительно долгоживущие мю-мезоны, которые по меркам микромира, просто Мафусаилы какие-то, ибо живут порядка микросекунды, тогда как многие частицы распадаются это в 10 миллиардов, а то и больше, раз быстрее. За эту микросекунду мю-мезоны надо получить, заставить их прореагировать с веществом и создать "мезоатом", два мезоатома должны столкнуться и прореагировать... Причем, энергии, выделившейся в реакции должно хватить на создание мю-мезонов. Увы и ах, не сошлось. Сегодня, в общем более или менее ясно, что задней двери в термоядерное счастье нет.
Остается "тупой", лобовой путь: так или иначе "греть" материю и держать ее достаточно долго, чтобы реакция успела произойти. Впрочем, по ряду причин греть слишком тоже невыгодно - на разогрев уйдет море энергии, которая не может быть компенсирована энерговыделением в процессе реакции.
Тогда получается более или менее очевидная картина: поскольку скорость реакции, кроме температуры, зависит еще и от того, как часто ядра будут сталкиваться между собой - то есть от плотности вещества, есть два способа использовать лобовой метод: либо , если не хочется связываться с высокими плотностями , держать материю достаточно долго - но поскольку давление, грубо говоря, пропорционально температуре и плотности, - то материя должна быть достаточно разрежена и значит удерживать ее надо достаточно долго, либо поднимать плотность настолько, чтобы вещество успело прореагировать, несмотря на то, что удержать его - из-за огромного давления! - невозможно. До сих пор сохранялась (и сохраняется) надежда, что один из этих способов сработает.
Первый способ реализовался в форме идее магнитного удержания плазмы. Были созданы два основных конкурирующих устройства: токомаки и стеллараторы. Проблема оказалась в том, что плазма в магнитном поле оказалась крайней неустойчивым субъектом. В буквальном смысле неустойчивым - в ней существуют чрезвычайная сложна и обширная систем волн, которые могу черпать энергию, закаченную в плазму и самоусиливаться. Эти волны одновременно тащат с собой магнитное поле, деформируют его и, в результате, плазма тупо вываливается на стенки устройства... Долго рассказывать, как народ боролся с этими неустойчивостями, причем многие победил, и сегодня надежда реализуется в форме проекта ИТЕР, (в котором я очень коротенько участвовал еще во второй половине 70-х, рассматривая инжекцию твердоводородной таблетки ядерного горючего в плазму), который должен уже дать некий положительный энергетический выход - то есть сумма выделившейся в ходе реакции энергии должна превзойти энергию, вложенную в систему, чтобы обеспечить условия реакции.
Второй способ - это путь лазерного инерциального термояда. Тут идея состоит в том, что облученная со всех сторон мишень под действием лазерного изучения начинает стремительно испаряться и благодаря реактивной силе испаренного вещества начинает сжиматься внутрь - как это имеет место в, скажем, атомной бомбе. Если кто-то из, скажем так, акустиков не до конца понимает, чем вызван некогда бешеный интерес к такой "маргинальной" проблеме, как схлопывание пузырьков, пусть в этом месте задумается.
В этом метод пришлось столкуться со своими трудностями. Так или иначе, чтобы реакция произошла, и в инерционном термояде нужно время. Это время определяется с одной стороны временем разлета, а с другой стороны... падение температуры. Вообще-то мишень представляет из себя почти черное тело. А это значит оно светится с поверхности и если внутренние слои обмениваются с поверхностью так быстро, что мишень находится внутри в тепловом равновесии, то все установится температура, которая будет зависеть от скорости подвода тепла к поверхности. Ну и он площади мишени, которая, разумеется стремительно, после сжатия, "инерциально" расширяется... (Плюс там есть и свои неустойчивости, но это детали)
Все это хорошо, но до последнего времени, примерно до 2000 года, что теплообмен, что расширение были неуправляемы, Тут уж, "как бог пошлет"... бог, которого, разумеется, нет.
И вот тут как раз и появилась надежда!
Скрестить магнитный и инерциальный термояд ... этого, насколько, мне известно, до последнего времени не рассматривали! Казалось, что гидродинамическое давление, определяющее разлет мишени столь велико, что даже близко нет возможности создать магнитные поля уровня, способного хоть на что-то повлиять!
Помог опыт создания - это моя догадка, скажем так, - электромагнитного оружия, имитирующего электромагнитный импульс ядерного взрыва. Общефизический смысл идеи таков: если вы создали магнитное поле в хорошем проводнике, имеющем скажем, форму трубки, а потом этот проводник быстро сжали и уменьшили его сечение, то в идеальном проводнике, магнитное поле будет "заморожено", поток магнитного поля через поперечное сечение трубки останется постоянным и, следовательно, магнитное вырастет! - трубку можно сжимать взрывом, и, в оружейном варианте, преобразовать в ток, обвив проводящую трубку катушкой.
Вот это и предложено использовать. А расчеты, произведенные в лаборатории Сандиа, исключительно оптимистичны. Утверждается, что критерий Лоусона - связывающий время плотность материи, время удержания температуры, выход реакции и затраты на осуществление реакционных условий, превзойден более чем в 500 раз!
Я проявлю осторожность, так как пока не видел самой модели и результатов моделирования, но если коллеги правы, то нельзя не заметить: такого еще не было!
Что может сбить оптимизм? - Несколько вещей, как мне кажется: во-первых, если постулируемые поля будут достигнуты, то все те же магнитогидродинамические неустойчивости, которые в сверхвысоких магнитных полях будут и "сверх-коротковолновыми". Я не знаю как они учтены и учтены ли? Во-вторых, влияние неизбежно асимметрии: магнитное поле тормозит теплообмен поперек поля, но не вдоль. При этом магнитное поле должно быть жутко сильным: ларморовский радиус для электронов, которые, заразы. убегаю очень быстро, должен быть соизмерим, фактически с межъядерным расстоянием при заданной плотности вещества). Тут сразу два вопроса - удастся ли сконцентрировать магнитное поле в достаточной мере и что будет вдоль магнитного поля? - Есть у меня еще немало вопросов без ответов. Но... пока крайней мере, в отличие от холодного и итальянского термояда, есть над чем подумать и есть, что обсуждать.
Это может быть прорыв!
Интересующимся - ссылка:
https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/z-fusion-energy-output/
Все гениальное просто. Но сначала - физика. Главная проблема управляемого термояда просто для понимания, как песня. Для того, чтобы произошла ядерная реакция два одинаково заряженных ядра должны быть сведены в месте на столь близкое расстояние, что ядерные силы, экспоненциально убывающие с расстоянием, оказываются сильнее, чем дальнодействующие, отталкивающие одноименные заряды кулоновские силы. Характерное расстояние, до которого ядерные силы действуют, это грубо говоря, расстояние на которое успевают улететь пи-мезоны, которыми обмениваются нейтроны и протоны, превращаясь друг в друга. Так вот это расстояние примерно равно 10^-13 cm - в сто тысяч раз меньше диаметра атома водорода. Из-за того, что это расстояние чудовищно мало, отталкивающие силы очень велики, а значит и высок потенциальный барьер, чтобы ядра оказались с с сего "ядерной стороны " и прореагировали. Есть два способа этот барьер преодолеть: либо разогнать ядра так, что они "заедут" на потенциальную горку по инерции, либо если они квантовомеханически "просочаться" под"барьером.
На первом, лобовом, способе основаны все виды термояда, которые сегодня рассматриваются, как потенциально возможные. Что касается туннелирования... Это как раз идея для так называемого "холодного" термояда: для того, чтобы сузить потенциальный барьер, чтобы позволит "холодному" и, следовательно, относительно "длинноволновому" ядру протуннелировать с заметной вероятностью (так как эта вероятность экспоненциально падает с увеличение ширины барьера") было предложено было заменить электроны в атомах на относительно долгоживущие мю-мезоны, которые по меркам микромира, просто Мафусаилы какие-то, ибо живут порядка микросекунды, тогда как многие частицы распадаются это в 10 миллиардов, а то и больше, раз быстрее. За эту микросекунду мю-мезоны надо получить, заставить их прореагировать с веществом и создать "мезоатом", два мезоатома должны столкнуться и прореагировать... Причем, энергии, выделившейся в реакции должно хватить на создание мю-мезонов. Увы и ах, не сошлось. Сегодня, в общем более или менее ясно, что задней двери в термоядерное счастье нет.
Остается "тупой", лобовой путь: так или иначе "греть" материю и держать ее достаточно долго, чтобы реакция успела произойти. Впрочем, по ряду причин греть слишком тоже невыгодно - на разогрев уйдет море энергии, которая не может быть компенсирована энерговыделением в процессе реакции.
Тогда получается более или менее очевидная картина: поскольку скорость реакции, кроме температуры, зависит еще и от того, как часто ядра будут сталкиваться между собой - то есть от плотности вещества, есть два способа использовать лобовой метод: либо , если не хочется связываться с высокими плотностями , держать материю достаточно долго - но поскольку давление, грубо говоря, пропорционально температуре и плотности, - то материя должна быть достаточно разрежена и значит удерживать ее надо достаточно долго, либо поднимать плотность настолько, чтобы вещество успело прореагировать, несмотря на то, что удержать его - из-за огромного давления! - невозможно. До сих пор сохранялась (и сохраняется) надежда, что один из этих способов сработает.
Первый способ реализовался в форме идее магнитного удержания плазмы. Были созданы два основных конкурирующих устройства: токомаки и стеллараторы. Проблема оказалась в том, что плазма в магнитном поле оказалась крайней неустойчивым субъектом. В буквальном смысле неустойчивым - в ней существуют чрезвычайная сложна и обширная систем волн, которые могу черпать энергию, закаченную в плазму и самоусиливаться. Эти волны одновременно тащат с собой магнитное поле, деформируют его и, в результате, плазма тупо вываливается на стенки устройства... Долго рассказывать, как народ боролся с этими неустойчивостями, причем многие победил, и сегодня надежда реализуется в форме проекта ИТЕР, (в котором я очень коротенько участвовал еще во второй половине 70-х, рассматривая инжекцию твердоводородной таблетки ядерного горючего в плазму), который должен уже дать некий положительный энергетический выход - то есть сумма выделившейся в ходе реакции энергии должна превзойти энергию, вложенную в систему, чтобы обеспечить условия реакции.
Второй способ - это путь лазерного инерциального термояда. Тут идея состоит в том, что облученная со всех сторон мишень под действием лазерного изучения начинает стремительно испаряться и благодаря реактивной силе испаренного вещества начинает сжиматься внутрь - как это имеет место в, скажем, атомной бомбе. Если кто-то из, скажем так, акустиков не до конца понимает, чем вызван некогда бешеный интерес к такой "маргинальной" проблеме, как схлопывание пузырьков, пусть в этом месте задумается.
В этом метод пришлось столкуться со своими трудностями. Так или иначе, чтобы реакция произошла, и в инерционном термояде нужно время. Это время определяется с одной стороны временем разлета, а с другой стороны... падение температуры. Вообще-то мишень представляет из себя почти черное тело. А это значит оно светится с поверхности и если внутренние слои обмениваются с поверхностью так быстро, что мишень находится внутри в тепловом равновесии, то все установится температура, которая будет зависеть от скорости подвода тепла к поверхности. Ну и он площади мишени, которая, разумеется стремительно, после сжатия, "инерциально" расширяется... (Плюс там есть и свои неустойчивости, но это детали)
Все это хорошо, но до последнего времени, примерно до 2000 года, что теплообмен, что расширение были неуправляемы, Тут уж, "как бог пошлет"... бог, которого, разумеется, нет.
И вот тут как раз и появилась надежда!
Скрестить магнитный и инерциальный термояд ... этого, насколько, мне известно, до последнего времени не рассматривали! Казалось, что гидродинамическое давление, определяющее разлет мишени столь велико, что даже близко нет возможности создать магнитные поля уровня, способного хоть на что-то повлиять!
Помог опыт создания - это моя догадка, скажем так, - электромагнитного оружия, имитирующего электромагнитный импульс ядерного взрыва. Общефизический смысл идеи таков: если вы создали магнитное поле в хорошем проводнике, имеющем скажем, форму трубки, а потом этот проводник быстро сжали и уменьшили его сечение, то в идеальном проводнике, магнитное поле будет "заморожено", поток магнитного поля через поперечное сечение трубки останется постоянным и, следовательно, магнитное вырастет! - трубку можно сжимать взрывом, и, в оружейном варианте, преобразовать в ток, обвив проводящую трубку катушкой.
Вот это и предложено использовать. А расчеты, произведенные в лаборатории Сандиа, исключительно оптимистичны. Утверждается, что критерий Лоусона - связывающий время плотность материи, время удержания температуры, выход реакции и затраты на осуществление реакционных условий, превзойден более чем в 500 раз!
Я проявлю осторожность, так как пока не видел самой модели и результатов моделирования, но если коллеги правы, то нельзя не заметить: такого еще не было!
Что может сбить оптимизм? - Несколько вещей, как мне кажется: во-первых, если постулируемые поля будут достигнуты, то все те же магнитогидродинамические неустойчивости, которые в сверхвысоких магнитных полях будут и "сверх-коротковолновыми". Я не знаю как они учтены и учтены ли? Во-вторых, влияние неизбежно асимметрии: магнитное поле тормозит теплообмен поперек поля, но не вдоль. При этом магнитное поле должно быть жутко сильным: ларморовский радиус для электронов, которые, заразы. убегаю очень быстро, должен быть соизмерим, фактически с межъядерным расстоянием при заданной плотности вещества). Тут сразу два вопроса - удастся ли сконцентрировать магнитное поле в достаточной мере и что будет вдоль магнитного поля? - Есть у меня еще немало вопросов без ответов. Но... пока крайней мере, в отличие от холодного и итальянского термояда, есть над чем подумать и есть, что обсуждать.
Это может быть прорыв!
Интересующимся - ссылка:
https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/z-fusion-energy-output/