你将学到什么
Основы термоядерной энергетики
课程概况
На протяжении всего развития цивилизации перед человечеством регулярно возникали энергетические проблемы, обусловленные ростом удельного энергопотребления. Качественно новый этап в развитии энергетики в XXI веке определяется наступающим истощением традиционных ископаемых топливных ресурсов. Проблемы энергообеспечения уже в среднесрочной перспективе будут приобретать все большую значимость не только в связи с ограничением топливных ресурсов, но и в силу меняющихся представлений о желательном качестве жизни.
Для устойчивого развития общества в перспективе необходимо развивать энергетику, использующую практически неограниченный ресурс, безопасную в эксплуатации и чистую в экологическом плане. Из рассматриваемых возможностей этим требованиям в значительной степени отвечает термоядерная энергетика. Аргументы в пользу управляемого термоядерного синтеза (УТС) хорошо известны: от наивысшей, среди известных человечеству, калорийности эквимолярной DT- смеси (~ 3,4*10^14 Дж/кг) и практически неисчерпаемых запасов дейтерия в природе (запасы дейтерия на 8 порядков выше, чем урана), до значительно меньших (более чем в 100 раз) уровней радиоактивных отходов по сравнению с энергетическими циклами на основе реакций деления актиноидов. На возможность использования реакций синтеза легких ядер для целей экологически чистой, безопасной и экономически выгодной энергетики было обращено внимание более 50 лет назад. Все изобретенные за это время устройства можно разделить на два класса: 1) системы, основанные на магнитном удержании горячей плазмы (токамаки, стеллараторы); 2) импульсные системы (системы инерциального термоядерного синтеза (ИТС)).
Оба типа систем, уже, вплотную подошли к созданию экспериментальных машин с положительным выходом энергии, в которых будут проверены основные элементы будущих термоядерных реакторов. В настоящее время в инерционном термоядерном синтезе разрабатываются несколько типов драйверов: лазеры, пучки тяжелых ионов, быстрые Z-пинчи. Преимущество лазерного излучения заключается в относительной легкости его транспортировки к мишени и его фокусировки, возможности получать огромные плотности мощности, требуемые для эффективного сжатия и разогрева мишени. Основные технологические трудности создания импульсных реакторов лежат в области драйверной техники. В настоящее время, в мире постоянно расширяется фронт работ по созданию импульсных мощных лазерных установок, при фокусировке излучения которых достигаются плотности мощности позволяющие создавать в веществе термодинамические состояния доступные в природе только в центрах массивных звезд. Это связано с бурным ростом технологий, обеспечивающих возможность достижения все более высоких энергетических, частотных и пространственных характеристик лазерных импульсов. Область применения подобных систем простирается далеко за пределы традиционной лазерной физики. Строительство мощных лазерных установок формирует новые технологические платформы национального уровня.
课程大纲
Модуль 1. Введение
1.1. Энергетические ресурсы человечества: состояние и перспективы
1.2. Основы физики ядерных реакций
1.3. Ядерная энергетика
1.4. Солнце-термоядерный реактор
1.5. Термоядерная проблема
Модуль 2. На пути к управляемому термоядерному синтезу
2.1. Физические основы управляемого термоядерного синтеза
2.2. Магнитное удержание плазмы
2.3. Инерциальный термоядерный синтез
2.4. Концепция термоядерной электростанции
Модуль 3. Лазерные драйверы для инерциального термоядерного синтеза
3.1. Физические основы генерации и усиления лазерного излучения
3.2. Процессы взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом
3.3. Критерии выбора параметров лазерного драйвера
3.4. Принципы построения оптической схемы мощного лазера для ЛТС
3.5. Лазеры для экспериментов по термоядерному синтезу. История длинной в 50 лет
3.6. Обзор крупнейших мировых лазерных установок для ЛТС
Модуль 4. Мишени лазерного термоядерного синтеза
4.1. Мишени прямого облучения
4.2. Мишени непрямого облучения
4.3. Схема быстрого поджига
Модуль 5. Результаты экспериментов на крупнейших мировых лазерных установок для ЛТС
Модуль 6. Что дальше? Перспективы развития лазерных драйверов для ЛТС
