لیزر مگاژول

لیزر مگاژول (LMJ) یک دستگاه تحقیقاتی همجوشی محصور کننده اینرسی مبتنی بر لیزر (ICF) بزرگ در نزدیکی بوردو فرانسه است که توسط اداره علوم هسته‌ای فرانسه، Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA) ساخته شده است.

Laser Mégajoule قصد دارد بیش از 1 مگا ژول انرژی لیزر را به اهداف خود برساند و آنها را تا حدود 100 برابر چگالی سرب فشرده کند. انرژی آن تقریباً نصف همتای آمریکایی خود، تأسیسات احتراق ملی (NIF) است. لیزر مگاژول بزرگترین آزمایش ICF در خارج از ایالات متحده است.

وظیفه اصلی Laser Mégajoule پالایش محاسبات همجوشی برای تسلیحات هسته ای خود فرانسه خواهد بود.[1] بخشی از زمان سیستم به آزمایشات علم مواد اختصاص داده می شود.[2]

ساخت LMJ 15 سال طول کشید و 3 میلیارد یورو هزینه داشت.[3] در 23 اکتبر 2014، زمانی که اولین مجموعه آزمایشات مربوط به سلاح هسته ای را انجام داد، عملیاتی شد.

همجوشی محصور شدن اینرسی

مکانیسم اثر ICF

یکی از شرکت کنندگان PACER، جان ناکلز، شروع به بررسی این کرد که چه اتفاقی برای اندازه اولیه مورد نیاز برای شروع واکنش همجوشی با کوچک شدن اندازه ثانویه افتاد. او کشف کرد که وقتی ثانویه به اندازه میلی گرم می رسد، مقدار انرژی مورد نیاز برای جرقه زدن آن به محدوده مگاژول می رسد. زیر این جرم، سوخت پس از فشرده سازی به قدری کوچک شد که آلفاها فرار می کردند.

یک مگاژول حتی از کوچکترین محرک های شکافت که در محدوده تراژول قرار داشتند بسیار کمتر بود. این سوال مطرح شد که آیا روش دیگری می تواند آن مگاژول ها را تحویل دهد یا خیر. این منجر به ایده "راننده" شد، دستگاهی که انرژی سوخت را از فاصله دور ارسال می کند. به این ترتیب انفجار همجوشی حاصل به آن آسیبی نمی رساند، به طوری که می توان آن را به طور مکرر مورد استفاده قرار داد.

در اواسط دهه 1960، به نظر می رسید که لیزر می تواند برای تامین انرژی مورد نیاز تکامل یابد. به طور کلی، سیستم‌های ICF از یک لیزر منفرد استفاده می‌کنند که پرتو آن به چندین پرتو تقسیم می‌شود که متعاقباً یک تریلیون بار یا بیشتر به صورت جداگانه تقویت می‌شوند. اینها توسط آینه هایی که به منظور روشن شدن یکنواخت هدف در تمام سطح آن قرار گرفته اند به داخل محفظه واکنش به نام محفظه هدف فرستاده می شوند. گرمای اعمال شده توسط راننده باعث می شود که لایه بیرونی هدف منفجر شود، درست مانند لایه های بیرونی سیلندر سوخت یک بمب H در هنگام روشن شدن توسط اشعه ایکس دستگاه شکافت. سرعت انفجار در حدود 108 متر بر ثانیه است.[4]

موادی که از سطح منفجر می‌شوند باعث می‌شوند که مواد باقی‌مانده در داخل به سمت داخل رانده شوند و در نهایت به شکل یک توپ کوچک تقریباً کروی فرو بریزند.[5] در دستگاه‌های مدرن ICF، چگالی مخلوط سوخت حاصل هزار برابر چگالی آب یا صد برابر چگالی سرب، حدود 1000 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. این چگالی آنقدر زیاد نیست که به تنهایی همجوشی مفیدی ایجاد کند. با این حال، در هنگام فروپاشی سوخت، امواج ضربه ای نیز تشکیل شده و با سرعت زیاد به مرکز سوخت می روند. هنگامی که آنها با همتایان خود روبرو می شوند که از طرف دیگر سوخت در مرکز حرکت می کنند، چگالی آن نقطه افزایش می یابد.

با توجه به شرایط صحیح، سرعت همجوشی در ناحیه ای که به شدت توسط موج ضربه ای فشرده شده است، می تواند مقادیر قابل توجهی از ذرات آلفای بسیار پرانرژی را ایجاد کند. به دلیل چگالی بالای سوخت اطراف، آنها فقط یک فاصله کوتاه قبل از "گرما شدن" حرکت می کنند و انرژی خود را به عنوان گرما به سوخت از دست می دهند. این انرژی اضافی باعث واکنش های اضافی می شود و ذرات پرانرژی بیشتری تولید می کند. این فرآیند از مرکز به بیرون گسترش می یابد و منجر به نوعی سوختگی خودپایه می شود که به عنوان احتراق شناخته می شود.

همجوشی محصور کننده اینرسی (ICF)

تصویری از دو طرح همجوشی محصور کننده اینرسی (ICF) که به رژیم پلاسمای سوزان می رسند. سمت چپ: سیلندر HYBRID-E به طور مؤثری از انتقال انرژی پرتو متقاطع (CBET) برای کنترل تقارن انفجار استفاده کرد زیرا کپسول حاوی سوخت همجوشی نسبت به اندازه حفره تشعشع یا hohlraum بزرگتر شد. سمت راست: hohlraum شکل I-Raum «جیب‌هایی» را اضافه می‌کند تا دیوار (و موادی که مانع انتشار پرتو لیزر می‌شود) را از کپسول دور کند و تقارن انفجار را از طریق ترکیبی از هندسه و CBET کنترل کند.