На гонке высокой ставки для понимания энергии сплава меньшая лаборатория может помещать сжатие на больших мальчиков. Глобальные усилия использовать сплав — источник энергии солнца и звезд — для энергии на Земле в настоящее время сосредотачиваются на двух многомиллиардных средствах: реактор сплава ПРОХОДА во Франции и Национальное средство воспламенения (NIF) в Калифорнии. Но другой, более дешевые подходы существуют — и один из них может иметь возможность быть первым для достижения «безызбыточности», ключевой этап, в который процесс производит больше энергии, чем необходимый для вызова реакции сплава. Исследователи в Сандиа, о котором Национальная Лаборатория в Альбукерке, Нью-Мексико, объявит в газете Physical Review Letters (PRL), принятой для публикации, которую их процесс, известный как намагниченный лайнер инерционный сплав (MagLIF) и сначала, предложил 2 года назад, прошли первый из трех тестов, поместив его на ходу для попытки желанной безызбыточности.
Испытания остающихся компонентов процесса будут продолжаться в следующем году, и бригада ожидает брать свой первый выстрел в сплав перед концом 2013.Реакторы сплава нагревают и сжимают плазму — ионизированный газ — составленный из водородного дейтерия изотопов и трития, сжимая изотопы, пока их ядра не преодолевают их взаимное отвращение и плавкий предохранитель вместе.
Из этой скороварки появляются ядра гелия, нейтроны и много энергии. Температура, требуемая для сплава, является больше чем 100 million°C — таким образом, Вы должны вставить много энергии, прежде чем Вы начнете выводить что-либо. ПРОХОД и NIF планируют приняться за решение этой проблемы по-разному. ПРОХОД, который будет закончен в 2019 или 2020, будет делать попытку сплава, содержа плазму с огромными магнитными полями и нагревая его с пучками частиц и радиоволнами.
NIF, напротив, берет крошечную капсулу, заполненную водородным топливом, и сокрушает его с сильным лазерным пульсом. NIF работал в течение нескольких лет, но должен все же достигнуть безызбыточности.Метод MagLIF Сандиа подобен NIF’s, в котором он быстро сокрушает свое топливо — процесс, известный как инерционный сплав ограничения.
Но сделать это, MagLIF использует магнитный пульс, а не лазеры. Цель в MagLIF является крошечным цилиндром приблизительно 7 миллиметров в диаметре; это сделано из бериллия и заполнено дейтерием и тритием.
Цилиндр, известный как лайнер, связан с обширной электрической образующей пульса Сандиа (названный машиной Z), который может поставить 26 миллионов амперов в пульсе длительные миллисекунды или меньше. Столько текущего прохождения по стенам цилиндра создает магнитное поле, проявляющее внутреннюю силу на стенах лайнера, немедленно сокрушительных это — и сжатие и нагревание топлива сплава.
Исследователи знали об этом методе сокрушения, что лайнер нагревает топливо сплава в течение некоторого времени. Но машинная установка MagLIF-Z самостоятельно не произвела достаточно тепла; что-то дополнительное было необходимо для создания процесса способным к достижению безызбыточности.
Исследователь Сандиа Стив Слуц возглавил бригаду, исследовавшую различные улучшения через машинные моделирования процесса. В работе, опубликованной в Физике Plasmas в 2010, бригада предсказала, что безызбыточность могла быть достигнута с тремя улучшениями.Во-первых, они должны были применить импульс тока намного более быстро, всего за 100 наносекунд, для увеличения скорости имплозии. Они также предварительно подогрели бы водородное топливо в лайнере с лазерным пульсом непосредственно перед тем, как машина Z умирает.
И наконец, они поместили бы две электрических катушки вокруг лайнера, один в каждом конце. Эти катушки производят магнитное поле, связывающее две катушки, обертывая лайнер в магнитную оболочку.
Магнитная оболочка предотвращает заряженные частицы, такие как электроны и ядра гелия, от возможности избежать и охлаждения плазмы — таким образом, температура остается горячей.Физик плазмы Сандиа Райан Макбрайд прилагает усилия, чтобы видеть, правильны ли моделирования. Первый пункт в списке проверяет быстродействующее сжатие лайнера.
Один критический параметр является толщиной стены лайнера: Чем разбавитель стена, тем быстрее это будет ускорено магнитным пульсом. Но стенной материал также начинает испаряться далеко во время пульса, и если это разобьется слишком рано, то это испортит сжатие. С другой стороны, если стена будет слишком массивна, то она не достигнет достаточно высокой скорости. «Существует приятное пятно в середине, где это остается неповрежденным, и Вы все еще получаете довольно хорошую скорость имплозии», говорит Макбрайд.
Для испытания предсказанного приятного пятна Макбрайд и его бригада настраивают тщательно продуманную систему отображения, включившую уничтожение образца марганца с мощным лазером (фактически прототип NIF, перемещенный в Сандиа) для производства рентгеновских лучей. Путем блистания рентгеновские лучи через лайнер в различных стадиях в его имплозии исследователи могли изображение, что продолжалось.
Они нашли, что в приятно-точечной толщине, лайнер держал свою форму прямо через имплозию. «Это выполнило, как предсказано», говорит Макбрайд. Бригада стремится проверять другие два улучшения — лазерный предварительный нагрев и магнитную оболочку — в наступающем году, и затем соединять все это для взятия выстрела в безызбыточность перед концом 2013.Ранее в этом году Slutz и его бригада издали другие моделирования в PRL, показавшем, что, если более мощная образующая пульса была построена для производства более высоких потоков — говорят, 60 миллионов амперов — система могла достигнуть не только безызбыточности, но и высокой выгоды.
Другими словами, MagLIF мог произвести вид энергии, необходимой для коммерческой электростанции сплава.«Я взволнован Сандиа, обнаружив, что намагниченный целевой сплав … является путем к значительной выгоде на машине Z. Мы соглашаемся и надеемся, что их эксперименты получают шанс испытать его», говорит Глен Верден, намагниченный плазменный руководитель группы в Лос-Аламосе Национальная Лаборатория в Нью-Мексико.