Устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света

Устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света

Реферат

 

Изобретение относится к области техники термоядерных исследований, а именно к устройствам для осуществления импульсной управляемой термоядерной реакции. Устройство состоит из системы камер в форме эллипсоидов вращения с зеркальной внутренней поверхностью. Фокусы эллипсоидов расположены на одной оси, и второй фокус эллипсоида предыдущей камеры совмещен с первым фокусом эллипсоида последней общей камеры. Внутри камер размещены на одной оси источник света, термоядерная мишень, оптические элементы. Количество камер в системе выбрано четным, начиная с четырех. Мишень размещена в совмещенном фокусе двух центральных камер системы. В систему введены дополнительные источники света. В качестве оптических элементов выбраны собирающие линзы с фокусным расстоянием F= а, где а - межфокусное расстояние эллипсоида. Источники и линзы чередуются в направлении от мишени. Возможно периодическое повторение системы. Изобретение направлено на повышение эффективности использования светового потока за счет обеспечения симметрии обжатия термоядерной мишени и устранения неодновременности схождения лучей поджига. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области техники термоядерных исследований, к устройствам для осуществления импульсной управляемой термоядерной реакции.

Известно устройство для инициирования термоядерной мишени [1] (заявка Франции кл. G 21 B 1/00, N 242226, 1979 г.), представляющее собой генератор энергии, содержащий лазер, направленный на мишень, вызывающий реакцию термоядерного синтеза. Полученная здесь энергия используется по множеству назначений с помощью известных преобразовательных систем.

Недостатком устройства является невозможность создания на современном уровне развития техники мощного импульса зажигания для протекания термоядерной реакции.

Известно также устройство для инициирования термоядерной мишени [2] (патент Великобритании N 1195602, кл. G 21 B 1/00, 1970), представляющее собой в идеальном варианте камеру в форме эллипсоида вращения с зеркальной внутренней поверхностью, в которой размещены источники света и термоядерная мишень.

Для этой схемы характерно идеальное равномерное обжатие по сфере, 100% коэффициент использования световой энергии и полная одновременность прихода лучей от источника и мишени, но главный недостаток этой схемы заключается в том, что она также не дает возможности ее использования из-за малой мощности импульса для начала термоядерной реакции.

Известно устройство для обжатия термоядерной мишени [2] (патент Великобритании N 1195602, кл. G 21 B 1/00, 1970) выбранное за прототип и представляющее собой систему связанных между собой камер в форме эллипсоида с зеркальной внутренней поверхностью.

Фокусы эллипсоидов, образующих камеры, расположены на одной оптической оси. В первом фокусе эллипсоида первой камеры размещен источник света, связанный с системой электроинициирования.

Термоядерная мишень размещена во втором фокусе последней камеры системы.

Камеры связаны между собой таким образом, что первый фокус последующей камеры системы совмещен со вторым фокусом предыдущей камеры. В каждой камере за ее вторым фокусом на оптической оси размещен оптический элемент в виде зеркала.

В процессе работы устройства инициирующий импульс задействует источник света.

Сформированные в результате этого световые лучи, проходя через систему зеркал и отражаясь от зеркальной внутренней поверхности камер, собираются во втором фокусе последней камеры системы. Ряд из последовательно расположенных эллипсоидов позволяет суммировать световые лучи от нескольких источников света. Это должно вызвать обжатие и, как следствие, зажигание термоядерной мишени.

Недостатком данного устройства является практическая невозможность осуществления термоядерной реакции в мишени, связанная с низким уровнем мощности зажигания. Низкий уровень мощности обусловлен следующими факторами: 1) неравномерностью обжатия, 2) разновременностью прихода световых лучей к мишени.

В самом деле, излучение, идущее в пределах телесного угла, описываемого площадью сечения совмещенных эллипсоидов, оказывается не задействованным. Назовем такие углы "темными". В этих "темных" углах излучение не попадает на мишень, вызывая неравномерность обжатия мишени.

Развивающаяся неустойчивость, вызванная неодновременностью обжатия, срывает процесс обжатия, чем снижается энергетический выход реакции.

Технической задачей изобретения является разработка устройства, позволяющего осуществить импульсную реакцию термоядерного синтеза путем повышения использования светового потока за счет обеспечения симметрии обжатия термоядерной мишени, устранения неодновременности схождения лучей поджига.

Данный технический результат достигается тем, что устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света, содержащее систему из камер в форме эллипсоидов вращения с зеркальной внутренней поверхностью, причем фокусы эллипсоидов расположены на одной оптической оси и первый фокус эллипсоида последующей камеры совмещен со вторым фокусом эллипсоида предыдущей камеры, в первом фокусе первого эллипсоида размещен источник света, внутри камер на оптической оси установлены термоядерная мишень и ряд оптических элементов, отличается тем, что система состоит из четного, начиная с четырех, количества камер, термоядерная мишень размещена в совмещенном фокусе двух центральных камер системы, являющихся ее центром симметрии, в систему введены дополнительные источники света, в качестве оптических элементов выбраны собирающие линзы с фокусным расстоянием, равным межфокусному расстоянию эллипсоида, в совмещенных фокусах камер, свободных от термоядерной мишени, расположены последовательно, чередуясь в направлении от мишени, собирающие линзы и дополнительные источники света.

Выбор количества камер, образующих систему, а именно, четное, начиная с четырех, обусловлено необходимостью создания осесимметричной системы. При размещении термоядерной мишени в центре симметрии такой системы, которым является совмещенный фокус двух ее центральных камер, создаются условия симметричного обжатия термоядерной мишени. Введение в систему собирающих линз с определенным фокусным расстоянием и размещенных в совмещенном фокусе позволяет максимально использовать свет, идущий в телесный угол, описывающий площадь сечения, проходящего через совмещенный фокус эллипсоидов, что повышает коэффициент использования световой энергии.

Кроме того, предложено периодическое повторение вышеизложенной системы. Это повторение может привести к увеличению мощности установки сколь угодно близко к намеченному пределу.

Дополнительные источники света размещенные в совмещенных фокусах эллипсоидов, последовательно чередуясь с подобными собирающими линзами в направлении от термоядерной мишени в осесимметричной системе позволяют усилить световой поток, суммируя его. Для этого необходимо осуществление программируемого включения цепочки источников света с последовательной временной задержкой так, чтобы по мере приближения к мишени очередные источники света включались в момент прихода фронта света, испущенного включенными ранее источниками, более удаленными от мишени.

Следствием такого выбора элементов системы, их количества, взаиморасположения является обусловленное симметрией и одновременностью обжатия мишени, повышение мощности зажигания термоядерной мишени.

Техническая реализуемость изобретения не представляет трудностей для изготовления. Уровень развития техники позволяет изготовить камеры с зеркальной внутренней поверхность.

Техника синхронизации (требуемая точность ~ 1 нс) не представляет проблем для программированного светового поджига. Она решена, например, в установке, описанной в [3] (А.И. Павловский и др. "Мощный электронный ускоритель ЛИУ-10", ДАН СССР, 1980, т. 250, стр. 1117-1122), в которой синхронизация отдельных модулей производится с наносекундной точностью.

В качестве варианта реализации предложено устройство по схеме, изображенной на фиг 1,где 1 - бланкет, 2 - камера, 3 - зеркальная поверхность, 4 - источники света (показан только один из них - ближайший), 5 - устройство зажигания, 6 - термоядерная мишень, 7 - собирающая линза, 8 - сечение совмещенных эллипсоидов.

Устройство состоит из помещенных в бланкет (1) четырех камер (2) в форме эллипсоидов вращения с внутренней зеркальной поверхностью (3).

Фокусы эллипсоидов всех камер расположены на одной оптической оси, причем первый фокус эллипсоида последующей по направлению к мишени камеры совмещен со вторым фокусом эллипсоида предыдущей камеры. В совмещенных фокусах двух камер расположена термоядерная мишень (6), представляющая собой таблетку с D-T топливом. В разнесенных фокусах этих камер установлены собирающие линзы (7), за которыми находятся камеры, один из фокусов каждой из которых совпадает с центром линзы, а в другом находится источник света (4), например, лампа-вспышка, электрически связанная с устройством зажигания (5), например, электрическим разрядником. Далее к этим камерам примыкают следующие камеры так, чтобы их фокусы последовательно совпадали то с очередными источниками света, то с собирающими линзами и т.д. Фокусные расстояния линз должны совпадать с межфокусным расстоянием эллипсоидов камер, например, при высоте эллипсоида h=100 mm, фокусное расстояние L=300 mm.

Таким образом, чередуясь в направлении от мишени в обе стороны вдоль оси расположены собирающие линзы и источник света.

Линзы установлены в плоскостях совмещенных фокусов между мишенью и источником света.

Рассмотрим работу устройства для обжатия термоядерной мишени, установленной в бланкете (1).

Инициирующий импульс системы зажигания (5) включает источник света (4). Сформированные в результате этого световые лучи, проходя через систему зеркал и отражаясь от зеркальной внутренней поверхности (3) камер (2), собираются во втором фокусе эллипсоида, в которой установлена собирающая линза (7).

Излучение, идущее в пределах телесного угла, описываемого площадью сечения совмещенных эллипсоидов (8), попадает на поверхность линзы и собираются в следующем совмещенном фокусе эллипсоида. Симметричные периодические системы источников (4) обжимают световым потоком термоядерную мишень (6) слева и справа, вызывая начало термоядерной реакции.

Таким образом, конструктивные особенности системы, связанные с наличием, расположением и чередованием линз и источников, обеспечивают одновременность схождения импульсов поджига, равномерность обжатия мишени по сфере, и, как результат, создают достаточные условия для начала термоядерной реакции, повышая мощность зажигания мишени.

Формула изобретения

1. Устройство для обжатия термоядерной мишени импульсом света, содержащее систему из камер в форме эллипсоидов вращения с зеркальной внутренней поверхностью, причем фокусы эллипсоидов расположены на одной оптической оси, и первый фокус эллипсоида последующей камеры совмещен со вторым фокусом эллипсоида предыдущей камеры, в первом фокусе первого эллипсоида размещен источник света, внутри камер на оптической оси установлены мишень и ряд оптических элементов, отличающееся тем, что система состоит из четного, начиная с четырех, количества камер, мишень размещена в совмещенном фокусе двух центральных камер системы, являющемся ее центром симметрии, в систему введены дополнительные источники света, а в качестве оптических элементов выбраны собирающие линзы с фокусным расстоянием, равным межфокусному расстоянию эллипсоида, в совмещенных фокусах камер, свободных от термоядерной мишени, расположены, последовательно чередуясь, в направлении от мишени собирающие линзы и дополнительные источники света.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система выполнена периодически повторяющейся.

РИСУНКИ

Рисунок 1