|
Открыли новый способ принести энергию на Землю
|
|
|
|
Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США раскрыли важные новые подробности о термоядерных установках, которые используют лазеры для сжатия топлива, вырабатывающего термоядерную энергию. Новые данные могут помочь улучшить конструкцию будущих лазерных установок, использующих процесс термоядерного синтеза, приводящий в действие Солнце и звезды. Термоядерный синтез объединяет легкие элементы в форме плазмы — горячего заряженного состояния вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, — которое генерирует огромное количество энергии. Ученые стремятся воспроизвести термоядерный синтез на Земле, чтобы получить практически неиссякаемый источник энергии для выработки электроэнергии.
|
|
|
|
Основные экспериментальные установки включают токамаки, устройства для магнитного синтеза, которые изучает PPPL; стеллараторы, машины магнитного синтеза, которые также изучает PPPL и в последнее время получили более широкое распространение по всему миру; и лазерные устройства, используемые в так называемых экспериментах по инерционному удержанию. Исследователи изучили влияние добавления металлического вольфрама, который используется для изготовления режущих инструментов и ламп накаливания, на внешний слой плазменных топливных таблеток в исследованиях инерционного удержания. Они обнаружили, что вольфрам повышает производительность имплозии, которая вызывает реакции синтеза в гранулах. Вольфрам помогает блокировать тепло, которое может привести к преждевременному повышению температуры в центре гранулы.
|
|
|
Исследовательская группа подтвердила выводы, проведя измерения с использованием газа криптона, который иногда используется в люминесцентных лампах. После добавления к топливу газ излучал высокоэнергетический свет, известный как рентгеновские лучи, который регистрировался инструментом, называемым рентгеновским спектрометром высокого разрешения. Рентгеновские снимки дали подсказки о том, что происходило внутри капсулы. «Я был взволнован, увидев, что мы можем сделать эти беспрецедентные измерения, используя метод, который мы разрабатывали в течение последних нескольких лет. Эта информация помогает нам оценить имплозию шарика и помочь исследователям откалибровать свои компьютерные симуляции», — сказал физик PPPL Лан Гао, ведущий автор. статьи, сообщающей о результатах в Physical Review Letters. «Лучшее моделирование и теоретическое понимание в целом могут помочь исследователям лучше планировать будущие эксперименты».
|
|
|
|
Ученые провели эксперименты в Национальном центре зажигания (NIF), пользовательском объекте Министерства энергетики в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. Объект направляет 192 лазера на золотой цилиндр, или хольраум, высотой один сантиметр, в котором заключено топливо. Лазерные лучи нагревают хольраум, который равномерно излучает рентгеновские лучи на топливную таблетку внутри. «Это похоже на рентгеновскую ванну», — сказал физик PPPL Брайан Краус, участвовавший в исследовании. «Вот почему хорошо использовать хольраум. Вы можете посветить лазером прямо на топливную таблетку, но трудно добиться равномерного покрытия».
|
|
|
|
Исследователи хотят понять, как гранулы сжимаются, чтобы они могли проектировать будущие объекты, чтобы сделать отопление более эффективным. Но получить информацию о внутренней части гранулы сложно. «Поскольку материал очень плотный, почти ничего не может выйти», — сказал Краус. «Мы хотим измерить внутреннюю часть, но трудно найти что-то, что может пройти через оболочку топливной таблетки». «Результаты, представленные в статье Лана, имеют большое значение для инерционного синтеза и предоставили новый метод определения характеристик горящей плазмы», — сказал Фил Эфтимион, глава отдела плазменной науки и технологий в PPPL и руководитель сотрудничества с NIF.
|
|
|
|
Исследователи использовали рентгеновский спектрометр высокого разрешения, разработанный PPPL, для сбора и измерения излучаемых рентгеновских лучей с большей детализацией, чем это было измерено ранее. Анализируя, как рентгеновские лучи меняются каждую 25-триллионную долю секунды, команда смогла отследить, как плазма менялась с течением времени. «Основываясь на этой информации, мы могли более точно, чем раньше, оценить размер и плотность ядра гранулы, что помогло нам определить эффективность процесса синтеза», — сказал Гао. «Мы предоставили прямые доказательства того, что добавление вольфрама увеличивает как плотность, так и температуру и, следовательно, давление в сжатой таблетке. В результате увеличивается выход термоядерного синтеза». «Мы рассчитываем на сотрудничество с теоретическими, вычислительными и экспериментальными группами, чтобы продолжить это исследование», — сказала она.
|
|
|
|
Источник
|
