Физика атома, атомного
ядра и элементарных 
частиц
48.(1). Инерционное удержание плазмы. Лазерный термоядерный 
синтез. Пузырьковый термоядерный 
синтез. Мюонный катализ. 
Основные направления работ по УТС
В настоящее время считаются возможными 3 пути решения проблемы УТС:
1.Магнитное удержание плазмы (магнитные ловушки, токамаки, стеллараторы).
2.Инерционное удержание плазмы (лазерный УТС, пузырьковый УТС).
3.Мюонный катализ
Инерционное удержание плазмы
Второй возможный путь достижения УТС заключа- ется в быстром нагревании малых объемов кон- денсированного вещества. Согласно критерию Ло- усона, при плотности 5·1022см-3 (плотность заморо- женной d-t смеси) достаточно удерживать плазму в течение времени 2·10-9сек, что сравнимо с дли- тельностью импульсов современных лазеров.
Схема лазерного УТС: одновременное облучение со всех сторон мишени из замороженной d-t смеси мощными лазерными импульсами.
Установка «Искра-5» (Россия, ВНИИЭФ) имеет 12 лазерных каналов с общей энергией излучения 30 кДж. Мишень: d-t смесь в виде льда при температуре 14К в многослойной обо- лочке: внутренние слои предохраняют от перегрева, внеш- ние при испарении создают реактивный импульс, сжимающий мишень.
ПУЗЫРЬКОВЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
Инициирование сферической ударной волны на сходящейся межфазной границе
Фокусировка сферической волны в центре пузырька
Сферическая волна после отражения от центра пузырька 
ОСОБЕННОСТИ СОНОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
a 
Радиус пузырька
a0
amin
Световое излучение
|
Две части периода: |
|
• Медленное расширение и медленное |
|
начало сжатия |
t |
• Очень короткое и быстрое сжатие с |
«заострением» |
tC ~ 10-8s |
t |
|
t |
T |
|
T ~ 5000 K (адиабатическое сжатие) |
|
max |
max |
|
T |
|
||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
• Равновесный радиус пузырька |
|
|
|
|
|
a0 ~ 3 – 5 m |
|
|
|
• Адиабатическая температура |
|
|
|
|
|
сжатия Tmax ~ 5000 K (?!) |
a |
|
|
3 1 |
|
|
|
|||
|
|
min |
||
|
a0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
• Экстремально КОРОТКИЕ световые
вспышки !!!
tF ~ 50 ps = (5 - 10) 10-11s
tF ~ 10-11- 10-10 s
t
Multibubble & Single Bublle SONOLUMINESCENCE
MBSL |
SBSL |
Сцинтилятор
Импульсный Нейтронный
генератор
(ИНГ)
0.07
Д-ацетон C3D6O
Колба с жидкостью
Вакуумный насос
Микрофоны (2)
Фотоумножитель (ФЭУ)
0.003
Linear |
Master Wave |
Amp |
Form Generator |
Пьезоэлектричское кольцо
Slave Wave
Form Generator
СХЕМА ЭКСПЕРИМНТАЛЬНОЙ УСТНОВКИ
РАЗЛИЧНЫЕ СТАДИИ РАСШИРЕНИЯ И СЖАТИЯ ПУЗЫРЬКА
• Режим с малым числом Маха (M << 1) ур-е Рэлея-Плессета + ур-е теплопроводности
• Режим с умеренным и большим числом Маха (M ~ 1, M >> 1) Газодинамический код
a, m 
500
400
300
200
100
|
|
|
|
|
Пузырьковый |
M |
a |
радиальное число Маха |
|
Cg |
||||
|
|
|||
термояд |
|
|
|
|
Tg=Tg(t, r) |
|
|
|
|
pg=pg(t) |
|
|
|
|
|
M ~ 1, M >> 1(газовая динамика) |
|||
Tg=Tg(t, r) |
|
|
|
|
pg=pg(t, r) |
|
|
|
|
|
|
|
t, s |
|
Однопузырьковая |
30 |
|
|
|
сонолюминесценция |
|
|
|
|
Мюонный катализ
Мюон (мю-мезон) имеет массу покоя, примерно в 200 раз больше, чем масса электрона, и время жизни 2.2 миллисекунды. По остальным свойст- вам он аналогичен электрону и может заменить его в атомной оболочке, образовав мезоатом. Ра- диус орбиты мюона примерно в 200 раз меньше радиуса орбиты электрона, т.е. мезоатом пример- но в 200 раз меньше, чем обычный атом. Т.к. ме- 
зоатом электрически нейтрален, он может при- близиться к ядру обычного атома на расстояние, при котором произойдет реакция синтеза, и для этого нет необходимости нагревать газ до высо- ких температур. 