الرئيسيةعريقبحث

منشأة الإشعال الوطنية

☰ جدول المحتويات

منشأة الإشعال الوطنية، التي تقع في مختبر لورنس ليفرمور الوطني.
إن الهدف التجميعى للآى إن إف أول تجربة اشتعال متكاملة في نظام تحديد المواقع المستهدفة المبردة، أو cryoTARPOS. وهما على شكل ذراعان مثلثى الشكل بشكل إحاطة حول هدف بارد لحمايته حتى يتم فتحه خمس ثوان من إطلاق النبضة.

إن منشأة الإشعال الوطنية ، أو NIF، هي جهاز أبحاث ضخم، مبني على الليزر- القصور الذاتى الإندماج بالحبس (ICF) يقع في مختبر لورانس ليفرمور الوطنى في ليفرمور، كاليفورنيا , الولايات المتحدة. NIF يستخدم ليزرا قويا لتسخين وضغط كمية صغيرة من وقود الهيدروجين إلى النقطة حيث تبدأ تفاعلات الاندماج النووي في الحدوث. NIF هو الأداة (ICF) الأضخم والأكثر إنتاجا للطاقة، تم بناؤه حتى الآن ويحقق مستوى قياسي 1.875 مليون جول نبضة من ضوء الليزر فوق البنفسجية إلى هدف الدائرة في 15 مارس، 2012.[1] هذه لقطة سجل هو معلم هام في مهمة آى إن إف للوصول إلى الهدف الذي طال انتظاره من اشتعال إندماجى ، والنقطة التي يصبح رد فعل الاندماج النووي الاكتفاء الذاتي. لكن، منذ ذلك الحدث فقد أنتجت نبضات أخرى أكثر قوة، بما في ذلك من تسديدة 500 تيراواط في 5 يوليو 2012 [2].

إن مهمة آى إن إف هو تحقيق الاندماج مع ارتفاع مكاسب الطاقة، ودعم الأسلحة النووية صيانة والتصميم من خلال دراسة معادلة سلوك المادة وفقا للشروط داخل الأسلحة النووية.[3]

بدأ البناء في عام 1997، لكن المشاكل الإدارية والتأخر التقني جعل التقدم بطيئا حتى وقت مبكر من 2000 ، حيث تولى فريق إدارة جديد، التقدم بعد عام 2000 كان أكثر وضوحا، ولكن بالمقارنة مع التقديرات الأولية، آى إن إف استكمل بعد خمس سنوات عن الموعد المحدد، وكان ما يقرب من أربع مرات أكثر تكلفة من الميزانية المقررة أصلا. وقد تم اعتماد الإنشاءات الكلية في 31 مارس 2009 من قبل الولايات المتحدة وزارة الطاقة ، [4] وجرى احتفال تكريسى في يوم 29 مايو 2009.[5] وجرت تجربة أول هدف ليزرى على نطاق واسع في يونيو 2009[6] وأعلن الانتهاء من أول تجارب الاشتعال المتكاملة في أكتوبر 2010.[7]

الوصف

خلفية

بالقصور الذاتي الحبس الإندماجى (ICF) أجهزة تستخدم "برامج التشغيل" لتسخين بسرعة الطبقات الخارجية من "الهدف" من أجل تشكيل ضغط عليه. الهدف هو بلية كروية صغيرة تحتوي على كسر من ملليغرام من الوقود الاندماجي، عادة مزيج من الديوتيريوم والتريتيوم. الطاقة من الليزر تؤدى إلى ارتفاع درجات الحرارة على سطح كرية في البلازما ، والتي تفجر السطح من وقود الهيدروجين . الجزء المتبقى من الهدف يندفع إلى الداخل، ضغط في نهاية المطاف إلى نقطة صغيرة من كثافة عالية للغاية. وblowoff السريع يخلق أيضا موجة الصدمة التي تسافر نحو مركز وقود مضغوط من جميع الجوانب. عندما يصل إلى مركز الوقود، فإن حجما صغيرا يسخن ويحدث له انضغاط إلى حد كبير. وعندما ترتفع درجة الحرارة والكثافة لتلك البقعة الصغيرة بدرجة عالية بما فيه الكفاية، فإنه سوف تحدث تفاعلات الاندماج وإطلاق الطاقة.[8]

ردود الفعل للاندماج والإفراج عن جزئيات ذات طاقة عالية، والبعض منها، في المقام الأول جسيم ألفا تتصادم مع وقود عالي الكثافة والحرارة المحيطة بها أكثر من ذلك. إذا كانت هذه العملية تحمل ما يكفي من الطاقة في منطقة معينة يمكن أن يسبب ذلك الوقود للخضوع للاندماج كذلك. ونظرا للظروف حق الشامل للكثافة عالية في استهلاك الوقود ما يكفي من الضغط ودرجة الحرارة، فإن عملية التسخين تلك تؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل، وحرق نحو الخارج من مركز حيث بدأت موجة صدمة رد الفعل. هذا هو الشرط المعروف باسم "اشتعال"، الأمر الذي سيؤدي إلى نسبة كبيرة من الوقود في الهدف يمر بالاندماج وإطلاق كميات كبيرة من الطاقة.[9]

تفاعلات الانصهار تفرج عن الجسيمات ذات الطاقة العالية، والبعض منها، في المقام الأول جسيمات ألفا ،التي تصطدم بالوقود عالي الكثافة المحيط بها وتسخنه بشدة. إذا أسفرت هذه العملية عن تحرير طاقة كافية في منطقة معينة يمكن أن يسبب ذلك الوقود للخضوع للانصهار كذلك. وبالنظر إلى الظروف العامة فإن ضغط الوقود عالي الكثافة بما فيه الكفاية ودرجة الحرارة فإن عملية التسخين تلك ستؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل، وحرق الكمية الخارجة من المركز حيث تبدأ موجة صدمة رد الفعل. هذه هي الحالة المعروفة باسم "الاشتعال" التي ستؤدي إلى أنصهار جزء كبير من الوقود في الهدف ويتم الإفراج عن كميات كبيرة من الطاقة.[10]

حتى الآن معظم التجارب ICF تستخدم أشعة الليزر لتسخين الهدف. تظهر الحسابات أن الطاقة يجب أن يتم تسليمها بسرعة في النظام لضغط اللب أو core . أيضا يجب أن تركز طاقة الليزر بالتساوي قبل تفككها عبر سطح الهدف الخارجي من أجل طي الوقود إلى نواة متماثلة. على الرغم من أن "Drivers" الآخرين قد اقترحوا، والأيونات الثقيلة وخاصة المدفوعة في مسرع الجسيمات ، فإن أشعة الليزر هي حاليا الأجهزة فقط التي لها الحق في الجمع بين كل ميزات.

مشغل الليزر

إن آى إف يهدف إلى إنشاء وحيد 500 تيراوات (TW) أعلى ومضة من الضوء تصل إلى الهدف من اتجاهات عديدة في نفس الوقت، في غضون بضعة بيكوثانية. تصميم يستخدم 192 beamlines في نظام مواز من flashlamp ضخ، النيوديميوم دوب ليزر زجاج فوسفات.[11]

لضمان أن الناتج من خطوط الشعاع يكون منتظا، يتم تضخيم ضوء الليزر الأولي من مصدر واحد في نظام حقن ليزرى (ILS). هذا يبدأ مع فلاش الطاقة المنخفضة من 1053 نانومتر (نانومتر) ضوء الأشعة تحت الحمراء ولدت في ايتربيوم مشوب ليزر الألياف البصرية المعروفة باسم خطوط شعاع المتذبذب الرئيسي .[12] .

الضوء من المتذبذب الرئيسي يتفرق وينقسم إلى 48 وحدات تضخيم أولية (PAMS). كل وحدة تضخيم تحتوي على عملية تضخيم ذات مرحلتين. المرحلة الأولى هي المضخم التجديدي يتم خلاله نبض يدور بين 30 و60 مرة، وزيادة في الطاقة من nanojoules إلى عشرات من millimoles. ثم يمر الضوء أربع مرات من خلال الدائرة التي تحتوي على مضخم النيوديميوم الزجاجى مماثلة ل(ولكن أصغر بكثير من) تلك التي استخدمت في خطوط الإشعاع الرئيسية، وتقوم بتعزيز nanojoules الضوء المتولدة في المذبذب الرئيسي إلى حوالي 6 جول . وفقا لLLNL، كان تصميم PAMS واحدة من التحديات الرئيسية أثناء عملية البناء. وقد سمح إدخال تحسينات على التصميم منذ ذلك الحين لتجاوز أهدافه التصميم الأولي.[13] التضخيم الرئيسي يقام في سلسلة من المضخمات الزجاجية تقع في واحدة من نهاية خطوط الإشعاع. قبل "اطلاق النار"المضخمات هي أول ضخ بصري بما يصل مجموعه 7,680 مصباح فلاش زينون (في PAMS يكون بها مصابيح الفلاش الأصغر كذلك). تعمل بطاقة المصابيح من قبل بنك المكثف الذي يخزن ما مجموعه 422 الميغاجول (MJ) من الطاقة الكهربائية. عندما يمر من خلالهم واجهة الموجة لهم، المضخمات تطلق بعضا من الطاقة الضوئية المخزنة فيها وتحوله إلى شعاع. ولتحسين نقل الطاقة يتم إرسال الحزم إلى القسم الرئيسي للمضخم أربع مرات، وذلك باستخدام التبديلات البصرية التي تقع في تجويف مرآة. حيث مجموع هذه المكبرات تزيد 6 J الأصلية مثل التي قدمتها PAMS إلى 4 أضعاف الاسمية MJ.[8] ونظرا لحجم الوقت الذي يتراوح من بضعة أجزاء من البليون من الثانية، وقوة الأشعة فوق البنفسجية تبلغ ذروتها حين تسليمها إلى الهدف هو المقابل عالية جدا، 500 تيراوات.

مشاريع مماثلة

Other fusion reactor designs could also be potential sources of energy in the future. بعض المشاريع التجريبية المماثلة هي:

صور

  • Viewing port allows a look into the interior of the 30 foot diameter target chamber.

  • Exterior view of the upper 1/3 of the target chamber. The large square beam ports are prominent.

  • A technician loads an instrument canister into the vacuum-sealed diagnostic instrument manipulator.

  • The flashlamps used to pump the main amplifiers are the largest ever in commercial production.

  • The glass slabs used in the amplifiers are likewise much larger than those used in previous lasers.

پانوراما taken outside the fusion chamber.

طالع أيضاً

الهامش

  1. National Ignition Facility fires record laser shot : Nature News & Comment - تصفح: نسخة محفوظة 15 يناير 2017 على موقع واي باك مشين.
  2. منشأة الإشعال الوطنية تصنع التاريخ مع طلقة سجل 500 تيراواط في 12 يوليو https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2012/Jul/NR-12-07-01.html
  3. "About NIF & Photon Science", Lawrence Livermore National Laboratory نسخة محفوظة 02 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
  4. "Department of Energy Announces Completion of World's Largest Laser". وزارة الطاقة الأمريكية. 2009-03-31. مؤرشف من الأصل في 16 ديسمبر 201001 أبريل 2009.
  5. "Dedication of world's largest laser marks the dawn of a new era". مختبر لورانس ليفرمور الوطني. 2009-05-29. مؤرشف من الأصل في 27 مايو 201013 سبتمبر 2009.
  6. "First NIF Shots Fired to Hohlraum Targets". National Ignition Facility. 2009-06. مؤرشف من الأصل في 6 نوفمبر 201313 سبتمبر 2009.
  7. "First successful integrated experiment at National Ignition Facility announced". General Physics. PhysOrg.com. October 8, 2010. مؤرشف من الأصل في 23 ديسمبر 201109 أكتوبر 2010.
  8. "How NIF works", Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved on October 2, 2007. نسخة محفوظة 17 فبراير 2013 على موقع واي باك مشين.
  9. Per F. Peterson, "Inertial Fusion Energy: A Tutorial on the Technology and Economics", University of California, Berkeley, 1998. Retrieved on May 7, 2008. نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.
  10. Per F. Peterson, "Inertial Fusion Energy: A Tutorial on the Technology and Economics", University of California, Berkeley, 1998. Retrieved on May 7, 2008. نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.
  11. "First successful integrated experiment at National Ignition Facility announced". General Physics. PhysOrg.com. October 8, 2010. Retrieved 2010-10-09. نسخة محفوظة 31 أكتوبر 2014 على موقع واي باك مشين.
  12. P.J. Wisoff et al., NIF Injection Laser System, Proceedings of SPIE Vol. 5341, pages 146–155 نسخة محفوظة 03 يونيو 2016 على موقع واي باك مشين.
  13. Keeping Laser Development on Target for the NIF, Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved on October 2, 2007 نسخة محفوظة 10 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين.
  14. "Beyond ITER". iter.org. مؤرشف من الأصل في 29 مايو 2010.
  15. "HiPER". HiPER Project. 2009. مؤرشف من الأصل في 31 مايو 201929 مايو 2009.
  16. "IFMIF". ENEA. مؤرشف من الأصل في 14 فبراير 201929 مايو 2009.
  17. "EFDA-JET". EFDA. 2009. مؤرشف من الأصل في 21 أبريل 201929 مايو 2009.
  18. "HiPER". LMF Project. 2009. مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 201802 يونيو 2010.
  19. "Wendelstein 7-X". معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما. 2009-04-03. مؤرشف من الأصل في 6 يناير 201429 مايو 2009.

وصلات خارجية

إحداثيات: 37°41′27″N 121°42′02″W / 37.690859°N 121.700556°W / 37.690859; -121.700556

موسوعات ذات صلة :