लेजर फ्यूजन: एक कहानी

शुरुआत

(ध्यान से, चित्र!)


1997 में वापस, लिवरमोर (कैलिफ़ोर्निया) में, NIF कॉम्प्लेक्स - नेशनल इग्निशन फैसिलिटी, उर्फ ​​नेशनल इग्निशन कॉम्प्लेक्स पर निर्माण शुरू हुआ। इस विशाल परिसर का उद्देश्य आईसीएफ का अध्ययन और कार्यान्वयन है - जड़त्वीय नियंत्रित (थर्मोन्यूक्लियर) संश्लेषण। इस प्रकार के संश्लेषण से दूसरों के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि थर्मोन्यूक्लियर ईंधन जड़ता के कारण खुद को बनाए रखता है। (मैं आपको याद दिलाता हूं कि एक टोकामक में, जिसे वे 2019 में फ्रांस में लॉन्च करने का इरादा रखते हैं, प्लाज्मा एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित है) प्रक्रिया इस प्रकार आगे बढ़नी चाहिए: लक्ष्य (ईंधन गेंद, उस पर बाद में) एक तापमान तक गर्म होता है जो संश्लेषण को प्लाज्मा स्कैटर से पहले पारित करने की अनुमति देता है। विभिन्न दिशाओं में, अर्थात्, प्रतिक्रिया आवेग है।
एनआईएफ में, इस समस्या को निम्नानुसार संपर्क किया गया था: व्यास में एक छोटा, केवल दो मिलीमीटर, ईंधन की गेंद को लेजर बीम से गर्म किया जाता है, जिससे कुछ ही क्षणों में बड़ी मात्रा में ऊर्जा प्राप्त होती है, जिसका अर्थ है कि ईंधन को प्लाज्मा के रूप में अलग-अलग दिशाओं में बिखरने के बिना गर्म होने और प्रतिक्रिया करने का समय होगा। इसके अलावा, ईंधन कणों का विस्तार जड़ता रखता है। लेकिन इतना सरल नहीं है। एनआईएफ को अप्रत्यक्ष संश्लेषण के लिए डिज़ाइन किया गया है: लेज़र फ्यूल बॉल को गर्म नहीं करता है, लेकिन एक होलोह्राम , एक रेज़ोनेटर जो ईंधन में किरणों को दर्शाता है, और यह किरणों को सिर्फ़ एक लेज़र की तुलना में अधिक सममित रूप से लक्ष्य पर लक्षित करता है। ईंधन क्षेत्र में ही एक पतली बेरिलियम खोल होता है जिसमें ठोस ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन होता है, जिसे 18K (-255 सेल्सियस) तक ठंडा किया जाता है।
प्रारंभ में, लक्ष्य खोल बहुलक (पॉलीस्टायर्न) था, लेकिन फिर विनिर्माण तकनीक बदल गई: बेरिलियम का छिड़काव प्लास्टिक की परत पर किया जाता है, जिसके बाद प्लास्टिक को हटा दिया जाता है, केवल बेरिलियम परत को छोड़कर। इस सुधार के कारण, लक्ष्य की केंद्र की ओर निर्देशित विस्फोट की ऊर्जा बढ़ जाती है।

ईंधन गेंद:


स्वर्ण प्रतिध्वनि:

प्रक्रिया है

इस योजना के अनुसार प्रयोग किए गए हैं: लेजर अवरक्त स्पेक्ट्रम में 3 मेगाजॉले बीम का उत्सर्जन करता है। इनमें से, केवल डेढ़ पराबैंगनी स्पेक्ट्रम में जाता है, इन डेढ़ में से केवल 85% एक्स-रे विकिरण में जाता है और लगभग 15% (150 किलोजूल) लक्ष्य की बाहरी परतों द्वारा अवशोषित किया जाएगा, जो कि गिल्ड वाले गुंजयमान यंत्र से परिलक्षित होता है। लक्ष्य की बाहरी परतें लुप्त हो जाएंगी, जिससे केंद्र की ओर निर्देशित प्रतिक्रियाशील जोर पैदा होगा, जो अतिरिक्त दबाव बनाएगा। प्रतिक्रिया लक्ष्य के केंद्र में शुरू होती है और इसकी बाहरी परतों तक फैलती है, जिसके बाद लक्ष्य 1000 ग्राम / सेमी 3 (लीड के घनत्व से लगभग सौ गुना अधिक) का घनत्व प्राप्त करेगा, जो संश्लेषण के परिणामस्वरूप लगभग 20 मेगावाट ऊर्जा जारी करता है। गुंजयमान यंत्र और लेजर में सुधार को अवशोषित ऊर्जा को 420 किलोजूल तक बढ़ाना चाहिए, और प्राप्त ऊर्जा - 100-150 एमजे तक, लेकिन कॉम्प्लेक्स का डिजाइन आउटपुट पर 45 एमजे से अधिक प्राप्त करने की अनुमति नहीं देता है।

लक्ष्य के रास्ते में ऊर्जा की हानि

विशाल

हाल ही में, 17 जुलाई को, NIF वैज्ञानिकों ने दुनिया के सबसे शक्तिशाली लेजर का परीक्षण किया। स्थापना ने सभी रिकॉर्ड तोड़ दिए: एक पराबैंगनी लेजर की शक्ति 500 ​​टेरावाट है। लेज़र लक्ष्य पर 192 बीम का उत्सर्जन करता है। प्रत्येक नाड़ी की अवधि एक नैनोसेकंड के बारे में है, और पहले और आखिरी के बीच का अंतर 30 से अधिक नहीं है, लेकिन लक्ष्य को 1.85 एमजे ऊर्जा प्राप्त होती है। लक्ष्य के केंद्र में तापमान एक सौ मिलियन डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। ऐसा लेजर ऊर्जा-कुशल संश्लेषण को सस्ती बनाता है। शायद हम इस खोज के फल को 2040 से पहले ही काट लेंगे, जब इसे फ्रांस में निर्माणाधीन ITER से ऊर्जा प्राप्त करने की योजना है।

ऊर्जा प्राप्त करना

शोधकर्ताओं ने जिन समस्याओं का सामना किया है उनमें से एक प्रतिक्रिया से ऊर्जा प्राप्त करना है। अब तक, थर्मल ऊर्जा को मोड़ने और इसे विद्युत ऊर्जा में बदलने की योजना है। "विस्फोटों" की पर्याप्त उच्च आवृत्ति के साथ, कक्ष की दीवारें गर्म हो जाएंगी, और उसके बाद मामला छोटा रहेगा। हालाँकि, इंस्टॉलेशन ऑप्टिकल सिस्टम के मजबूत हीटिंग के कारण 5 घंटों में एक से अधिक शॉट फायर नहीं कर सकता है, इसलिए, औद्योगिक ऊर्जा उत्पादन के लिए शीतलन प्रणाली में सुधार करना आवश्यक है।

परिसर का इतिहास

एनआईएफ पर काम 1994 में एक बीमलेट प्रदर्शन के साथ शुरू हुआ, जिसके बाद जून 1997 में, परिसर के निर्माण के लिए तैयारी शुरू हुई। इसकी कीमत 1.1 बिलियन डॉलर आंकी गई थी और शोध के लिए दूसरे बिलियन की आवश्यकता थी। यह परिसर 2002 तक तैयार होना चाहिए था। हालांकि, उसी वर्ष, तिथि को 2004 में स्थानांतरित कर दिया गया, और कंपनी को एक और सौ मिलियन डॉलर आवंटित किए गए। दिसंबर 1997 में, निर्माण को निलंबित कर दिया गया था, क्योंकि साइट पर 16 हजार साल पुरानी स्तनधारी हड्डियां मिली थीं।
2000 में, यह माना गया कि कंपनी बजट से परे चली गई थी, और नए अनुमानों के अनुसार, $ 3.9 बिलियन की आवश्यकता थी, निर्माण पूरा होने की तारीख 2006 में स्थानांतरित कर दी गई थी। हालांकि, नए नेतृत्व के तहत, निर्माण जारी रहा, 2005 में प्रयोग शुरू हुए, और 29 मई, 2009 को एक भव्य उद्घाटन समारोह आयोजित किया गया, जिसमें कैलिफोर्निया के गवर्नर अर्नोल्ड श्वार्ज़नेगर ने भाग लिया। पहले से ही जून 2009 के अंत में, पहला प्रयोग एक सोने के गुंजयमान यंत्र में एक लक्ष्य के साथ शुरू हुआ।

परिसर की योजना:


परिसर के पैनोरमा

इसलिए, मैं थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की शुरुआत का इंतजार कर रहा हूं, जिससे हमें सस्ती (और गहरी उम्मीद है कि मुझे मुफ्त) ऊर्जा मिलनी चाहिए।
मेरी राय में, कुछ कठिनाइयों के बावजूद प्रयोगों का पाठ्यक्रम बहुत आशाजनक है। लेकिन किसी भी मामले में, समय बताएगा।

UPD 06/02/2014 : ilya42 ने लेख को "फिजिक्स" और "एनर्जी एंड बैटरी" को स्थानांतरित करने के लिए कहा, जो मैं करता हूं।
दुर्भाग्य से, समय की कमी के कारण, मैं शायद ही टिप्पणीकारों की इच्छा के अनुसार इसे अंतिम रूप दे सकता हूं, जैसा कि मैं पहले चाहता था।