Cryogenic Hydrogen Fuel for Controlled Inertial Confinement Fusion (Review of World Results)

Abstract

Характерная особенность текущего этапа в развитии управляемого инерциального термоядерного синтеза (ИТС) -создание научной и технологической базы для высокочастотной подачи криогенного водородного топлива в фокус мощной лазерной установки или реактора ИТС. Основные проблемы здесь связаны с разработкой технологии массового производства топливных мишеней и необходимостью их инжекции в камеру реактора с частотой 1-10 Гц. В обзоре дан сравнительный анализ совре-менного состояния работ в мире в этой области. Представлены результаты большого цикла экспериментальных и теоретиче-ских исследований, продемонстрировавших, что в России создан опережающий научно-технологический задел для построения первой в мире опытной установки (так называемой «Фабрики мишеней») для непрерывного пополнения криогенным водород-ным топливом зоны термоядерного горения реактора ИТС.Ключевые слова: инерциальный термоядерный синтез (ИТС), водородное топливо, криогенная мишень, ультрадисперсный слой топлива. CRYOGENIC HYDROGEN FUEL FOR CONTROLLED INERTIAL CONFINEMENT FUSION (REVIEW OF WORLD RESULTS)I.V. One of the major tasks in controlled inertial confinement fusion (ICF) now is the development of scientific, engineering and technological basis for mass production of cryogenic hydrogen fuel encapsulated in ICF targets. To demonstrate ICF as a power source, the targets must be accurately delivered to the focus of a power laser facility or ICF reactor at a rate of 1-10 Hz. In this paper, a comparative analysis of state-of-the-art in the world in the field of target fabrication and transport in the ICF systems is presented. The paper also summarizes the results of theoretical and experimental efforts in Russia and describes a unique free-standing (FST) fabrication technology, which can serve as a basis for ICF reactor fueling. Now there is an advanced scientific and technological groundwork for designing and building of the world's first target FST factory for a pilot ICF-plant with continuous delivery of the cryogenic hydrogen fuel into the ICF burn area.Key words: inertial confinement fusion (ICF), hydrogen fuel, cryogenic target, ultrafine fuel layer. ВВЕДЕНИЕНа сегодняшний день использование энергии инерциального термоядерного синтеза (ИТС) явля-ется одной из приоритетных задач в рамках концепции устойчивого развития и перехода к альтерна-тивным источникам энергии в базовой энергетике страны. Поэтому в современных исследованиях ак-туальной проблемой становится разработка энергетической станции на основе ИТС, которая могла бы обеспечить получение энергии за счёт реакций синтеза изотопов водорода -дейтерия и трития. Ис-ходным топливом для термоядерного реактора служат вода и литий, запасы которых практически не ограничены.В качестве источника энергии для нагрева и сжатия криогенной топливной мишени (полая поли-мерная оболочка со сферическим шаровым слоем криогенного водородного топлива на её внутренней поверхности) используется специальный драйвер -лазер, источник ионных пучков или Z-пинч. Отме-тим, что начало инерциальному подходу положила работа...

PROSPECTS OF LASER DIODES APPLICATIONS TO INERTIAL CONFINEMENT FUSION (Review)

“…В настоящее время в мире построен целый каскад мощных лазерных установок для исследований в области ИТС, основные из них перечислены в обзоре [11]. Более подробную информацию о конструкции наиболее мощных действующих установок ИТС можно найти на официальных сайтах [12][13][14][15].…”

“…Более подробную информацию о конструкции наиболее мощных действующих установок ИТС можно найти на официальных сайтах [12][13][14][15]. Согласно обзору [11] в настоящее время действуют и находятся в стадии строительства следующие установки лазерного ИТС:…”

Cryogenic Hydrogen Fuel for Controlled Inertial Confinement Fusion (Cylindrical Targets for the Laplas Experiments)

“…Настоящая работа завершает цикл работ [1][2][3][4][5], посвящённых созданию эффективных технологий по производству КТМ для целей ИТС на основе метода FST, предложенного и разработанного в ФИАН. Фундаментальное отличие метода FST от традиционного подхода -это положенный в его основу принцип работы с движущимися бесподвесными мишенями, что позволяет осуществлять формирование и инжекцию в лазерный фокус дешёвых КТМ в непрерывном режиме или с необходимой частотой.…”

“…Ме-тод FST является уникальным и не имеет аналогов в мире. В настоящее время в ФИАН создано лабора-торное оборудование [1][2][3][4][5], которое моделирует весь процесс приготовления незакреплённой КТМ -от её заполнения топливом до осуществления доставки или, другими словами, инжекции КТМ в камеру взаимодействия с лазерным излучением. Дальнейшее развитие FST-подхода осуществляется в рамках программы по созданию модульного варианта фабрики сферических КТМ реакторного класса и ком-мерциализации полученных результатов.…”

“…Кроме того, бесподвесный подход позволяет минимизировать запасы радиоактивного трития при работе с криогенным D-T-топливом [1].…”