Termonukleární reakce vyvolaná lasery

Impulsní infračervené lasery jsou schopny vytvořit značné hustoty plazmatu, a to přirozeně vede k pokusům užít jich k zapálení termojaderných reakcí. Nejvýkonnější jsou tyto dva lasery:

Laserové prostředí	Vlnová délka [μm]	Mezní hustota nk [m−3]
Neodymové sklo	1,06	1027
CO2	10,6	1025

Pozn.: Kritická hustota nk = ε0mω2/e2 je taková, při níž ω = ωp. Protože se záření laseru nemůže šířit plazmatem s hustotou větší než je kritická, je zřejmé, že parametr nk hraje ústřední roli.

Jako příklad současných dosažitelných výkonů uveďme, že laser s neodymovým sklem dodá 250 J za 0,1 ns, neboli 2,5⋅10¹² W, což je hodnota rovnající se šestinásobku celého elektrického výkonu ve Spojených státech (vztaženo k roku 1985). K uskutečnění termojaderné reakce pomocí laserů byly navrženy dvě cesty.

Laser-plyn

Paprsek CO₂ laseru ionizuje a zahřívá dlouhý sloupec plynného deuteria a tricia o hustotě okolo 10²³ m⁻³. Světlo laseru je absorbováno mechanizmem inverzního brzdného záření, což je prostě odporový útlum světelných vln způsobený elektron-iontovými srážkami. Poněvadž se srážková frekvence mění jako kT_(elektronů)^−3/2, je tento proces při termonukleárních teplotách zcela neúčinný a pro n „mnohem menší než“ n_k by absorpční délka byla řádově kilometry. Lze však očekávat, že při velkých intenzitách se objeví nelineární parametrické procesy, jež mohou zvýšit absorpci a zkrátit délku plazmatu na rozumné rozměry.

Laser-pevný terčík

V systému laser-pevný terčík je laserové světlo fokusováno na malý terčík pevného DT, který má hustotu n₀ okolo 5⋅10²⁸ m⁻³ a měrnou hmotnost ρ₀ = n₀⋅M = 200 kg/m³. Poněvadž n₀ je mnohem větší než n_k dokonce i pro laser s Nd-sklem, záření se odráží, jakmile se na povrchu terčíku vytvoří plazma o hustotě 10²⁷ m⁻³. Zda bude zbytek terčíku ionizován a zahřát na 10 keV, závisí na anomální absorpci způsobené nestabilitami parametrického rozpadu.

Při hustotách řádově 10²⁸ m⁻³ je nemožné vytvořit tak silné magnetické pole, aby vyrovnalo tlak plazmatu (nkT). K reakci musí dojít v mikroexplozi trvající méně než 10⁻¹⁰ s. Rychlost, s níž plazma expanduje, je dána setrvačností iontů a potenciálem plazmatu (řádově kT_c), jímž jsou ionty urychlovány. Rychlost expanze je tudíž souměřitelná s akustickou rychlostí

(1)

a doba udržení τ je dána poměrem R/v_z, kde R je poloměr terčíku. Užijeme-li tuto hodnotu spolu se střízlivým odhadem účinností zmíněných procesů, dostaneme Lawsonovo kritérium pro n⋅τ při laserové termojaderné reakci. Toto kritérium se obvykle vyjadřuje jako

(2)

Kdyby mělo být toto kritérium splněno pro ρ = ρ₀, vyžadovalo by laserový impuls větší než 3⋅10¹⁰ J, což je zcela mimo dosah nejbujnější představivosti. Možným řešením je stlačit terčík na ρ = 10⁴⋅ρ₀. Při intenzitách nad 10¹⁹ W/m² je tlak záření řádově 10¹¹ Pa. To však pro požadovanou kompresi nedostačuje. Proto je možné pokračovat následujícím způsobem. Terčík je ozářen laserovými paprsky ze všech stran. Laserová energie je absorbována parametrickými procesy v kritické vrstvě a povrchová slupka plazmatu se zahřeje. Tato povrchová slupka pak expanduje a její hybnost způsobí stlačení vlastního nitra terčíku, které představuje 10 procent původního terčíku. Pak dojde k reakci v tomto nitru a uvolněná energie je zachycena okolní lázní kapalného lithia. Energie nezbytná k ohřátí terčíku je úměrná jeho hmotnosti 4/3⋅πρR³. Je-li splněno Lawsonovo kritérium a R = 10/ρ, musí být energie laseru úměrná ρ⁻². Je-li faktor stlačení 10⁴, dosáhne se tak 10⁸ násobného snížení potřebného výkonu. Tím se požadovaná energie impulzu redukuje na realistickou hodnotu pod 1 MJ.

---

<< Předchozí (Termonukleární fúze – Problémy)

[Nahoru]

Další (Termonukleární fúze – Současnost a budoucnost) >>