Class Central is learner-supported. When you buy through links on our site, we may earn an affiliate commission.

edX

Мощные лазеры и лазерный термоядерный синтез

National Research Nuclear University MEPhI via edX

Overview

На протяжении всего развития цивилизации перед человечеством регулярно возникали энергетические проблемы, обусловленные ростом удельного энергопотребления. Качественно новый этап в развитии энергетики в XXI веке определяется наступающим истощением традиционных ископаемых топливных ресурсов. Проблемы энергообеспечения уже в среднесрочной перспективе будут приобретать все большую значимость не только в связи с ограничением топливных ресурсов, но и в силу меняющихся представлений о качестве жизни.

Для устойчивого развития общества в перспективе необходимо развивать энергетику, использующую практически неограниченный ресурс, безопасную в эксплуатации и чистую в экологическом плане. Из рассматриваемых возможностей этим требованиям в значительной степени отвечает термоядерная энергетика. Аргументы в пользу управляемого термоядерного синтеза (УТС) хорошо известны: от наивысшей, среди известных человечеству, калорийности и практически неисчерпаемых запасов дейтерия в природе, до значительно меньших (более чем в 100 раз) уровней радиоактивных отходов по сравнению с энергетическими циклами на основе реакций деления актиноидов. На возможность использования реакций синтеза легких ядер для целей экологически чистой, безопасной и экономически выгодной энергетики было обращено внимание более 50 лет назад. Все изобретенные за это время устройства можно разделить на два класса: 1) системы, основанные на магнитном удержании горячей плазмы (токамаки, стеллараторы); 2) импульсные системы (системы инерциального термоядерного синтеза (ИТС)).

Оба типа систем, уже, вплотную подошли к созданию экспериментальных машин с положительным выходом энергии, в которых будут проверены основные элементы будущих термоядерных реакторов. В настоящее время в инерционном термоядерном синтезе разрабатываются несколько типов драйверов: лазеры, пучки тяжелых ионов, быстрые Z-пинчи. Преимущество лазерного излучения заключается в относительной легкости его транспортировки к мишени и его фокусировки, возможности получать огромные плотности мощности, требуемые для эффективного сжатия и разогрева мишени. Основные технологические трудности создания импульсных реакторов лежат в области лазерной техники.

В настоящее время, в мире постоянно расширяется фронт работ по созданию импульсных лазерных установок, при фокусировке излучения которых реализуются термодинамические состояния доступные в природе только в центрах массивных звезд. Это связано с бурным ростом технологий, обеспечивающих возможность достижения все более высоких энергетических характеристик лазерных систем.

В лазерном термоядерном синтезе (ЛТС) соединились два наиболее замечательных открытия столетия - термоядерные реакции и квантовая генерация света, для того чтобы подарить человечеству практически неисчерпаемый источник энергии. Проблема управляемого термоядерного синтеза еще далека от своего решения, но во всем мире ведутся интенсивные работы и с каждым годом расстояние до цели сокращается.

Syllabus

Модуль 1. Термоядерная проблема
1.1. Энергетические ресурсы человечества: состояние и перспективы
1.2. Солнце-термоядерный реактор
1.3. Основы физики ядерных реакций
1.4. Ядерная энергетика. Концепция термоядерной электростанции
1.5. Термоядерная проблема

Модуль 2. Основы физики плазмы
2.1. Борьба с кулоновским отталкиванием
2.2. Элементарные процессы в плазме. Равновесие
2.3. Процессы переноса в плазме
2.4. Излучение плазмы
2.5. Распространение электромагнитного излучения в плазме

Модуль 3. На пути к управляемому термоядерному синтезу
3.1. Условия реализации термоядерного реактора. Критерий Лоусона
3.2. Принципы удержания плазмы
3.3. Магнитное удержание плазмы
3.4. Инерционное удержание плазмы

Модуль 4. Физические основы генерации и усиления лазерного излучения
4.1. Взаимодействие излучения с веществом. Тепловое излучение
4.2. Взаимодействие излучения с инверсной средой. Оптические квантовые усилители. Лазеры
4.3. Открытые оптические резонаторы. Свойства лазерных пучков
4.4. Мощность и частота генерации лазера
4.5. Режимы работы лазеров. Генерация коротких импульсов. Генерация гармоник
4.6. Типы лазеров

Модуль 5. Физические процессы в веществе при ЛТС
5.1. Основы физики лазерной плазмы
5.2. Гидродинамическое сжатие топлива
5.3. Схема прямого облучения. Гидродинамическое зажигание
5.4. Развитие гидродинамических неустойчивостей
5.5. Схема с боксом-конвертером. Рентгеновские мишени
5.6. Схема быстрого поджига
5.7. «Карта сражений». Тип мишеней и энергия драйвера

Модуль 6. Лазеры для инерциального термоядерного синтеза
6.1. Лазеры для экспериментов по термоядерному синтезу
6.2. Лазеры на неодимовом стекле
6.3. От джоуля к мегаджоулю. История длинной в 60 лет
6.4. Обзор крупнейших мировых лазерных установок для ЛТС
6.5. Увидеть невидимое. Диагностика процессов взаимодействия излучения с веществом при ЛТС
6.6. Результаты экспериментов на крупнейших мировых лазерных установках для ЛТС
6.7. Что дальше? Перспективы развития лазеров для ЛТС

Taught by

Андрей Кузнецов

Related Courses

Reviews

Start your review of Мощные лазеры и лазерный термоядерный синтез

Never Stop Learning!

Get personalized course recommendations, track subjects and courses with reminders, and more.

Sign up for free