Magnetyczna wkładka bezwładnościowa - Magnetized Liner Inertial Fusion

Koncepcja MagLIF
Podstawowa idea MagLIF

Magnetized Liner Inertial Fusion ( MagLIF ) to nowa metoda wytwarzania kontrolowanej syntezy jądrowej . Jest częścią szerokiej kategorii systemów inercyjnej energii syntezy jądrowej (IFE), które napędzają ruch paliwa fuzyjnego do wewnątrz, tym samym sprężając je do gęstości i temperatur, w których zachodzą reakcje syntezy jądrowej. Poprzednie eksperymenty IFE wykorzystywały sterowniki laserowe, aby osiągnąć te warunki, podczas gdy MagLIF wykorzystuje kombinację laserów do ogrzewania i zaciskania Z do kompresji. Wiele rozważań teoretycznych sugeruje, że taki system osiągnie wymagane warunki do fuzji za pomocą maszyny o znacznie mniejszej złożoności niż podejście czysto laserowe. Obecnie istnieją co najmniej dwa zakłady testujące wykonalność koncepcji MagLIF, maszynę Z w Sandia Labs w USA i Primary Test Stand (PTS) w Mianyang w Chinach.

Opis

MagLIF to metoda generowania energii za pomocą 100 nanosekundowego impulsu elektrycznego do wytworzenia intensywnego pola magnetycznego typu Z-pinch, które do wewnątrz miażdży wypełnioną paliwem cylindryczną metalową wkładkę ( hohlraum ), przez którą przepływa impuls elektryczny. Tuż przed implozją cylindra laser jest używany do wstępnego podgrzewania paliwa fuzyjnego (takiego jak deuter-tryt ), które jest utrzymywane w cylindrze i zawarte w polu magnetycznym. Sandia National Labs bada obecnie potencjał tej metody do wytwarzania energii poprzez wykorzystanie maszyny Z .

MagLIF ma cechy zarówno inercyjnej fuzji ograniczającej (dzięki zastosowaniu lasera i kompresji impulsowej), jak i magnetycznej (dzięki wykorzystaniu silnego pola magnetycznego do hamowania przewodzenia ciepła i powstrzymywania plazmy). W wynikach opublikowanych w 2012 r. symulacja komputerowa obiektu o mocy 70 megaamperów oparta na LASNEX wykazała perspektywę spektakularnego zwrotu energii 1000-krotności energii zużytej. Obiekt o mocy 60 MA przyniósłby 100-krotny plon. Obecnie dostępny obiekt w Sandia, maszyna Z, jest zdolny do 27 mA i może być w stanie wyprodukować nieco więcej niż próg rentowności, pomagając jednocześnie w walidacji symulacji komputerowych. Maszyna Z przeprowadziła eksperymenty MagLIF w listopadzie 2013 r. z myślą o eksperymentach na próg rentowności przy użyciu paliwa DT w 2018 r.

Sandia Labs planowało przystąpić do eksperymentów zapłonowych po ustaleniu, co następuje:

  1. Aby wkładka nie rozpadła się zbyt szybko pod wpływem intensywnej energii. Zostało to najwyraźniej potwierdzone przez ostatnie eksperymenty. Ta przeszkoda była największym problemem dotyczącym MagLIF po jego początkowej propozycji.
  2. To podgrzewanie laserowe jest w stanie prawidłowo podgrzać paliwo – co potwierdzają eksperymenty rozpoczęte w grudniu 2012 roku.
  3. To, że pola magnetyczne generowane przez parę cewek powyżej i poniżej hohlraum mogą służyć do zatrzymywania podgrzanego paliwa fuzyjnego i co ważne hamować przewodnictwo cieplne bez powodowania przedwczesnego wyboczenia celu. — do potwierdzenia eksperymentami rozpoczynającymi się w grudniu 2012 r.

W następstwie tych eksperymentów w listopadzie 2013 r. rozpoczęto zintegrowany test. Test dał około 10 10 neutronów wysokoenergetycznych.

Od listopada 2013 roku obiekt w Sandia labs posiadał następujące możliwości:

  1. Pole magnetyczne 10 tesli
  2. laser 2 kJ
  3. 16 MA
  4. paliwo DD

W 2014 roku w teście uzyskano do 2×10 12 neutronów DD w następujących warunkach:

  1. Pole magnetyczne 10 tesli
  2. laser 2,5 kJ
  3. 19 MA
  4. paliwo DD

Eksperymenty mające na celu osiągnięcie rentowności energii z paliwem DT miały się odbyć w 2018 roku.
Aby osiągnąć rentowność naukową, obiekt przechodzi 5-letnią modernizację do:

  1. 30 tesli
  2. laser 8 kJ
  3. 27 MA
  4. Obsługa paliwa DT

W 2019 roku, po napotkaniu znacznych problemów związanych z mieszaniem się folii implodującej z paliwem i niestabilnością śrubową plazmy, testy dały do ​​3,2×10 12 neutronów w następujących warunkach:

  1. laser 1,2 kJ
  2. 18 lat

W 2020 r. „uśredniona temperatura spalania jonów podwoiła się do 3,1 keV, a wydajność pierwotnych neutronów deuterowo-deuterowych wzrosła o ponad rząd wielkości do 1,1 × 10^13 (odpowiednik 2 kJ deuteru i trytu) poprzez równoczesny wzrost zastosowane pole magnetyczne (od 10,4 do 15,9 T), energia wstępnego podgrzewania lasera (od 0,46 do 1,2 kJ) i sprzężenie prądowe (od 16 do 20 MA).”

Zobacz też

Bibliografia