Слияние сильных лазеров

Ядерная физика, как правило, предполагает высоких энергий, как показано опытами овладеть управляемым термоядерным синтезом. Одна из проблем заключается в том, как преодолеть сильное электрическое отталкивание между ядрами атомов, которая требует высоких энергиях, чтобы сделать их взрыватель. Но слияние может быть инициирована на более низких энергий с электромагнитными полями, которые создаются, например, государство-оф-искусство свободных электронах лазеры, излучающие рентгеновские лучи. Исследователи из Гельмгольц-Центрум Дрезден-Rossendorf (HZDR), опишите, как это может быть сделано в журнале «физическое обозрение» С.

Во время ядерного синтеза предохранитель двух атомных ядер в одно новое ядро. В лаборатории это можно сделать с помощью ускорителей частиц, когда исследователи используют термоядерных реакций для создания быстрых свободных нейтронов для других экспериментов. В гораздо большем масштабе, идея для реализации управляемого термоядерного синтеза легких ядер для выработки электроэнергии-с Солнцем, выступающей в качестве модели: его энергия является продуктом из серии термоядерных реакций, которые происходят в ее недрах.

На протяжении многих лет ученые работали над стратегиями для производства энергии из термоядерной энергии. «С одной стороны, мы смотрим на практически безграничный источник энергии. С другой стороны, есть множество технологических препятствий, которые мы хотим помочь преодолеть благодаря нашей работе», — говорит профессор Ральф Schützhold, директор департамента теоретической физики в HZDR, описывая мотивацию для его исследования.

Туннелирование на высоком уровне, чтобы быть доступными в ближайшее время

Для того, чтобы вызвать ядерный синтез, вам сначала придется преодолеть сильное электрическое отталкивание между одинаково заряженными ядрами атомов. Это обычно требует высоких энергиях. Но есть другой способ, — объясняет соавтор исследования, доктор Фридеман Queißer: «если не хватает энергии, термоядерного синтеза может быть достигнуто путем туннелирования. Это квантово-механический процесс. Это означает, что вы можете передать (т. е. тоннель) через энергетический барьер, вызванный ядерного отталкивания на низких энергий».

Это не какая-то теоретическая конструкция; это происходит на самом деле: температура и давление в ядре Солнца не достаточно для преодоления энергетического барьера прямо и включить ядер водорода в запалу. Но, тем не менее, слияние происходит потому, что сложившиеся условия позволяют термоядерная реакция которая должна быть устойчивой благодаря достаточно большим числом туннельных процессов.

В их текущей работе HZDR ученые, исследующие, принадлежат ли управляемого термоядерного синтеза может быть облегчен при помощи процессов туннелирования через излучение. Но это тоже вопрос энергии: чем она ниже, тем меньше вероятность туннелирования. До сих пор обычные интенсивность лазерного излучения была слишком низкой, чтобы вызвать эти процессы.

XFEL и электронных пучков для оказания помощи термоядерных реакций

Все это может измениться в ближайшем будущем: с рентгеновских лазеров на свободных электронах (лазер XFEL) уже можно достигнуть плотности энергии 10^20 Вт на квадратный сантиметр. Это эквивалент примерно в тысячу раз больше энергии солнца, попав на землю, концентрируются на поверхности одно-центовые монеты. «Мы сейчас выдвигаемся в областях, которые предполагают возможность оказания помощи этим туннельные процессы с жесткого рентгеновского лазеров», — говорит Schützhold.

Идея заключается в том, что сильное электрическое поле, вызывая отталкивание ядер накладывается с более слабым, но быстро меняющегося электромагнитного поля, которое может быть произведено при помощи лазер XFEL. Исследователи Дрезденского теоретически исследован процесс слияния изотопов водорода дейтерия и трития. Эта реакция в настоящее время считается одним из наиболее перспективных кандидатов для будущих термоядерных электростанций. Результаты показывают, что это должно быть возможным, чтобы увеличить скорость туннелирования в этот путь; достаточно большое количество туннельные процессы в конечном счете может способствовать успешным, контролируемую термоядерную реакцию.

Сегодня, только несколько лазерных систем по всему миру с необходимым потенциалом являются флагманами крупных исследовательских центров, как в Японии и Соединенных Штатах, и в Германии, где сильнейшее в мире лазера для своего типа, Европейский лазер XFEL, в Гамбургской области. В Гельмгольца Международная частей для экстремальных полей (HIBEF), расположенных там, эксперименты с уникальной ультра-короткие и очень яркие рентгеновские вспышки не планируется. HZDR в настоящее время в процессе строительства HIBEF.

Далее в Дрезден сильном поле физиков шаг, чтобы погрузиться еще глубже в теорию, чтобы понять лучше других термоядерных реакций и уметь оценивать их потенциал для содействия туннельные процессы с излучением. Аналогичные процессы уже наблюдались в лабораторных систем, таких как квантовые точки в физике твердого тела или Бозе-эйнштейновских конденсатов, но в термоядерного экспериментального доказательства еще не принято. Думал еще дальше, авторы исследования считают других источников излучения может помочь туннельные процессы. Первые теоретические результаты по электронных пучков уже получены.

сделать разницу: спонсорские возможности