एनआईएफ प्रज्वलित क्यों नहीं करता है?

यह होहलराम है

लॉरेंस लिवरमोर लेबोरेटरी (यूएसए) में अद्वितीय राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा परिसर - "नेशनल इन्केंडरी इक्विपमेंट" में जड़त्वीय थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के साथ प्रयोग किए गए हैं। यह दुनिया में सबसे शक्तिशाली लेजर प्रणाली और एक अद्वितीय प्रयोगशाला परिसर है। उपकरण और तकनीकी समाधान से संबंधित हर चीज उच्चतम रेटिंग की हकदार है और बहुत महंगी है।

जिस स्थान पर थर्मोन्यूक्लियर माइक्रोएक्सप्लोसियन लेना चाहिए, उसे जर्मन शब्द होहलराम कहा जाता है। एक सुनहरा कक्ष, जो दीवारों द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के साथ थर्मोन्यूक्लियर टैबलेट का एक समान ताप प्रदान करता है। एक ही नाम के साथ कुछ समान और एक ही के लिए "हाइड्रोजन" बम है। केवल बड़ा है, और फोटॉन का स्रोत प्राथमिक परमाणु विस्फोट से एक्स-रे है, जो एक विकिरण चैनल (इंटरस्टेज) के माध्यम से होहलराम को भेदता है।

दो इनलेट्स के माध्यम से, गोल्ड चैंबर के अंदर 192 पराबैंगनी लेजर बीम द्वारा 500 टेरावाट तक की कुल शक्ति के साथ रोशन किया जाता है। 3 - 5 नैनोसेकंड के भीतर, 2 - 4 एमजे ऊर्जा वहां प्राप्त होती है, जिसे एक्स-रे रेंज में दीवारों द्वारा रेरादियेट किया जाना चाहिए। एक थर्मोन्यूक्लियर टैबलेट में 18 K के तापमान पर 15 माइक्रोग्राम ड्यूटेरियम और ट्रिटियम होता है, साथ ही आंतरिक गुहा में गैस इंजेक्ट की जाती है। कैप्सूल में 2 मिमी के व्यास के साथ एक गोलाकार खोल होता है। इसकी एब्लेटिव कोटिंग बेरिलियम से बनी हो सकती है या पॉलीइथाइलीन पर आधारित एक समग्र संरचना है। यह 100 KJ तक ऊर्जा अवशोषित करता है, जिसके परिणामस्वरूप कैप्सूल का विकिरण निहित होता है। पदार्थ का घनत्व 1000 g / cc तक पहुंच जाता है, और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम फिलिंग का तापमान सैकड़ों मिलियन डिग्री तक बढ़ जाता है। उसके बाद उसके पास सिर्फ एक चीज बची है। थर्मोन्यूक्लियर बम की तरह विस्फोट करें या किसी तारे की तरह प्रकाश करें - जैसा आप चाहें।

गणना की गई microexplosion उपज 20 एमजे तक पहुंच सकती है, जो कि 5 किलोग्राम टीएनटी के बराबर है। औपचारिक रूप से, प्रभावी, नियंत्रित, जड़त्वीय, थर्मोन्यूक्लियर संलयन होगा। वास्तव में, लेजर प्रणाली की दक्षता को ध्यान में रखते हुए 1% से अधिक नहीं, इस तरह की तकनीक से ऊर्जा का व्यावहारिक स्रोत नहीं होगा। लेजर एम्पलीफायरों की आपूर्ति करने वाले कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए केवल 420 एमजे की आवश्यकता होती है। लेकिन एनआईएफ का लक्ष्य बिजली उत्पादन नहीं है, बल्कि मौलिक विज्ञान है।


हालांकि, एक ऊर्जा-कुशल प्रतिक्रिया, अर्थात्, "थर्मोन्यूक्लियर बर्निंग" हठपूर्वक विफल हो जाती है। हालांकि प्रतिक्रिया के लिए जगह है। न्यूयॉर्क टाइम्स ने 6 अक्टूबर, 2012 को एक महत्वपूर्ण नोट प्रकाशित किया था जिसमें कहा गया था कि एनआईएफ कार्यक्रम ने अपने घोषित लक्ष्यों को हासिल नहीं किया है और यह एक तथ्य नहीं है कि यह कभी भी प्राप्त होगा । आज हम पहले ही निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि एनआईएफ के लक्ष्यों को हासिल नहीं किया गया है। थर्मोन्यूक्लियर संलयन जिद्दी नहीं जलता है, लिवरमोराइट्स चाहे कितनी भी चाल चलें!

यह माना जा सकता है कि ऐसा क्यों होना था । कैप्सूल के गोलाकार सममित संपीड़न केवल थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में संभव है। इस मामले में, प्रत्येक बिंदु पर कैप्सूल की सतह का तापमान समान है, जो सममितीय पृथकता प्रदान करता है। मान लीजिए कि होहलराउम में होने वाली घटनाओं की कल्पना एनआईएफ परियोजना के सिद्धांतकारों के रूप में होती है।

फिर, एक्स-रे विकिरण की शुरुआत के तुरंत बाद (हम एक नैनोसेकंड के अंशों के बारे में बात कर रहे हैं), गोलाकार कैप्सूल की सतह दसियों लाख K तक गर्म होती है और एक पराबैंगनी प्लाज्मा परत बनती है, जो विकिरण के साथ (अर्ध) संतुलन है। इसका मतलब यह है कि निकट-सतह प्लाज्मा परत विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की समान मात्रा का उत्सर्जन करती है जो इसे प्राप्त करती है, लेकिन इसे अंदर भी विकिरण करती है। उत्तरार्द्ध कैप्सूल की गहराई तक हीटिंग की ओर जाता है और, तदनुसार, प्लाज्मा परत के एक मोटा होना। जब आप बाहरी सतह से दूर जाते हैं, तब तक इसका तापमान कम हो जाता है जब तक कि विकिरण अंदर की ओर नगण्य न हो जाए। इस मामले में, कैप्सूल पर विकिरण घटना के साथ बाहर की विकिरण तीव्रता के बराबर है, अर्थात। संतुलन आएगा। उसी समय, दबाव के कारण प्लाज्मा परत का विस्तार होता है, जो प्रत्यारोपण के लिए अपस्फीति प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा है।

मौलिक रूप से महत्वपूर्ण तथ्य यह है कि पृथक्करण प्रक्रिया के दौरान, कैप्सूल की सतह विकिरण के साथ थर्मोडायनामिक (अर्ध) संतुलन में है। यह हमें पूरी तरह से काले रंग के विकिरण के लिए स्टीफन-बोल्ट्जमान कानून का उपयोग करके कैप्सूल में प्रवेश करने वाली ऊर्जा की मात्रा का अनुमान लगाने की अनुमति देता है:

$$

$$I = \ sigma T ^ 4$$

जहाँ $$$मैं$- सतह पर विकिरण की तीव्रता (W / sq.m) सतह या घटना से तापमान पर गर्म होती है $$$T$केल्विन, $$$\ sigma = 5.67 \ cdot 10 ^ {- 8}$- स्टीफन-बोल्ट्ज़मन स्थिरांक (SI में)।

यह निम्नानुसार है कि कैप्सूल पर विकिरण की घटना में तापमान के अनुरूप प्लैंक स्पेक्ट्रम होता है $$$T$कैप्सूल की सतह। यह स्पेक्ट्रम कब जैसा दिखता है $$$T = 8 \ cdot 10 ^ 7$के कहाँ $$$एन (ई)$- ऊर्जा के साथ फोटोन का अंश $$$ई$प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की कुल संख्या में (हम ऊर्जा द्वारा फोटॉन की संख्या के घनत्व वितरण के बारे में बात कर रहे हैं)।


इस स्पेक्ट्रम में, उच्चतम फोटॉन फ्लक्स घनत्व 10 केवी से थोड़ा ऊपर ऊर्जा के लिए जिम्मेदार है, जो लगभग 1 एंगस्ट्रॉम की तरंग दैर्ध्य के साथ एक्स-रे विकिरण से मेल खाती है। यह परमाणु बम के विस्फोट के दौरान विकिरण प्रसार क्षेत्र में विकिरण का एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम है (श्रृंखला प्रतिक्रिया की शुरुआत के बाद लगभग 0.5 माइक्रोसेकंड, शून्य बिंदु से एक मीटर के बारे में, अभी भी कोई अंधा फ्लैश नहीं है)।

लेकिन ऐसे गर्म प्लैंक स्पेक्ट्रम के फोटॉन कहां से आते हैं, बाहर से कैप्सूल को पानी देना? लेजर बीम में, लगभग ऐसे फोटॉन नहीं होते हैं। वे मेगा-लेजर बीम द्वारा गर्म की गई दीवारों से निकलती हैं। कम से कम यही NIF परियोजना के सिद्धांतकारों ने सोचा था।

हालांकि, यहां वे बहुत ही अवधारणा के साथ विवाद में आए, क्योंकि इस शब्द का अर्थ है एक कक्ष जिसका भीतरी दीवारें विकिरण के साथ संतुलन में हैं। लेकिन चैम्बर की दीवारों पर निचले पराबैंगनी (अनिवार्य रूप से ऑप्टिकल) लेजर विकिरण की घटना थर्मल विकिरण के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में नहीं हो सकती है जो स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून का पालन करती है।

उसी समय, तापमान के साथ एक प्लाज्मा परत $$$T$लगभग 100 मिलियन K. प्लाज्मा पूरी तरह से काले शरीर की तरह विकिरण का उत्सर्जन और अवशोषित करता है। इसलिए, चैम्बर की दीवारों के पास प्लाज्मा परत द्वारा अवशोषित विकिरण में तापमान पर प्लैंक स्पेक्ट्रम होता है $$$T$। लेकिन ऐसा नहीं है, यदि केवल इसलिए कि घटना विकिरण लेजर है। इसके अलावा (और यह अधिक महत्वपूर्ण है!) - लेजर बीम में फोटॉन के बीच ~ 10 केवी की कोई ऊर्जा नहीं है। Hohlraum के बाहर से आने वाले फोटोन की ऊर्जा 3 से 4,000 गुना कम होती है। इसलिए, होल्लर की दीवारें विकिरण के साथ संतुलन में नहीं हो सकती हैं। लेकिन थर्मोडायनामिक (अर्ध) संतुलन अनिवार्य रूप से आएगा क्योंकि प्लाज्मा परत का गठन होता है और गर्म होता है, कैप्सूल के लिए ऊपर वर्णित तरीके के समान। एक विरोधाभास है!

यहां एक वाजिब सवाल उठ सकता है: क्या मैं खुद का विरोध नहीं कर रहा हूं, जब एक तरफ, मैं निकट-सतह प्लाज्मा परत को थर्मोडायनामिक रूप से संतुलित मानता हूं, और दूसरे पर, मैं पुष्टि करता हूं कि इसका तापमान गहराई से गिरता है। नहीं, मैं विरोधाभास नहीं करता, क्योंकि हम अर्ध-संतुलन के बारे में बात कर रहे हैं। दूसरे शब्दों में, एक पर्याप्त पतली बाहरी प्लाज्मा परत को विकिरण के साथ संतुलन माना जा सकता है और इसलिए उत्सर्जन, साथ ही प्लैंक स्पेक्ट्रम में ऊर्जा को अवशोषित करना। यही कारण है कि मैं अक्सर विकिरण के साथ एक सतह के थर्मोडायनामिक (अर्ध) संतुलन के बारे में लिखता हूं। कोई यह पूछ सकता है: यह पतली परत दोनों दिशाओं में क्यों उतनी ही ऊर्जा प्राप्त कर रही है जितनी एक सी से एक तक प्राप्त होती है? क्या ऊर्जा के संरक्षण के कानून के साथ विरोधाभास है? कोई विरोधाभास नहीं है, क्योंकि यह पतली परत प्लाज़्मा की निकटवर्ती परत से भी ऊर्जा प्राप्त करती है।


यह वही है जो एनआईएफ इमारत जैसा दिखता है। लगभग सब कुछ एक लेजर से भर जाता है

इस प्रकार, लिवरमोर के सिद्धांतकारों की कल्पना द्वारा खींची गई सुनहरी कक्ष में घटनाओं की तस्वीर वास्तविकता के अनुरूप नहीं है। उन्हें कहां से मिला कि इस तरह से थर्मोह्ल्यूक्लियर बम में क्या होता है, कुछ इसी तरह की व्यवस्था होहलराम में करना संभव है, जहां किसी भी तरह से ऑप्टिकल नहीं है, लेकिन पहले चरण के विस्फोट से एक्स-रे फोटॉन दूसरे पर पानी डालते हैं ?

उन्होंने इसे एक भारी शुल्क वाले ऑप्टिकल लेजर और इस तरह के अन्य लोगों द्वारा प्रकाशित पतली पन्नी में लेजर एक्स-रे पीढ़ी पर सफल प्रयोगों से लिया, जो 90 के दशक में बहुत कुछ किया गया था। लेकिन, जाहिरा तौर पर, लगभग 100 मिलियन K के तापमान के लिए कोई ब्लैकबॉडी विकिरण नहीं था, और एक पूरे के रूप में प्लाज्मा ऐसे तापमान तक गर्म नहीं हुआ। दूसरे शब्दों में, ये प्रक्रियाएँ थर्मोडायनामिक रूप से नोक्विलिब्रियम थीं। यह ध्यान देने योग्य है कि लेजर ऊर्जा, जो इस मामले में देखी गई थी, हीटिंग ऊर्जा की तुलना में नगण्य थी।

यही कारण है कि, बहुत अधिक ऊर्जा और पर्याप्त ऊर्जा की एकाग्रता के बावजूद, थर्मोन्यूक्लियर संलयन "जलता नहीं है", हालांकि एक प्रतिक्रिया होती है (सिद्धांत में संलयन कमरे के तापमान पर भी संभव है, क्योंकि मैक्सवेल वितरण की पूंछ शून्य से बाहर निकल सकती है, बस यही है) इस प्रतिक्रिया का पता लगाने के सफल होने की संभावना नहीं है)। जाहिरा तौर पर, एनआईएफ का उपयोग करते हुए, सिद्धांत रूप में, पर्याप्त रूप से उच्च तापमान पर कैप्सूल के समान हीटिंग को प्राप्त करना असंभव है, जैसा कि थर्मोन्यूक्लियर बम में होता है।

लेकिन उस मामले में क्या होता है? लेजर बीम की ऊर्जा कहां जाती है, जो सैद्धांतिक रूप से कैप्सूल के पदार्थ को 100 मिलियन K तक गर्म करना चाहिए था? यह माना जा सकता है कि कैप्सूल समय से पहले फैलता है और इसे सोने के प्लाज्मा के साथ मिलाता है। या कैप्सूल के पदार्थ के साथ ड्यूटेरियम और ट्रिटियम को मिलाकर। नतीजतन, भले ही होहलरम में तापमान वांछित मूल्यों तक पहुंच जाता है, प्रतिक्रिया क्षेत्र में संश्लेषण के लिए आवश्यक दबाव अनुपस्थित है। लेकिन शायद कुछ और अधिक महत्वपूर्ण है: चैम्बर की दीवारों के थर्मोडायनामिक संतुलन और विकिरण के साथ कैप्सूल की सतह को प्राप्त नहीं किया जाता है, जिससे असमान हीटिंग होता है। गोलाकार प्रत्यारोपण काम नहीं करता है!

जैसा कि पिछले तर्क से देखा जा सकता है, काम करने के लिए जड़त्वीय थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए, एक्स-रे फोटॉन के साथ कैप्सूल को विकिरण करना आवश्यक है। यही है, आपको लघु में पुन: पेश करने की आवश्यकता है। थर्मोन्यूक्लियर बम में उपयोग किया जाने वाला विकिरण प्रत्यारोपण तंत्र। एक पर्याप्त तीव्रता एक्स-रे स्रोत एक काल्पनिक परमाणु विस्फोट-पंप एक्स-रे लेजर है । चूंकि ~ 10 केवी की ऊर्जा वाले फोटॉन की जरूरत होती है, पंप विस्फोट की शक्ति सैकड़ों किलोटन या, संभवतः, मेगाटन होनी चाहिए। बेशक, यह विचार ~ 1 cc की मात्रा में संश्लेषण को आग लगाने के लिए है। एक मेगाटन में विस्फोट का उपयोग करने वाला मिमी बेतुका है।

आज, मुक्त इलेक्ट्रॉन एक्स-रे लेजर के साथ प्रयोग किए जा रहे हैं। 1 एंगस्ट्रॉम के तरंग दैर्ध्य में उत्पन्न करने के लिए, उन्हें बड़े इलेक्ट्रॉन त्वरक के साथ युग्मित किया जाना चाहिए। यह एनआईएफ की तुलना में किसी साइक्लोपियन संरचना से कम नहीं है। लेकिन शायद इस तरह से यह थर्मोन्यूक्लियर बम या एक लघु तारे की रोशनी में बदल जाएगा - जैसा आप चाहते हैं। हालांकि एक्स-रे बहुत खराब रूप से परिलक्षित होते हैं, लेकिन उन्हें ध्यान केंद्रित करना बहुत मुश्किल होगा।

टिप्पणी को छोड़कर।

1. अर्ध-संतुलन एक संक्रमणीय स्थिति है, जो एक नगण्य प्रक्रिया है, जिसे एक नगण्य त्रुटि के साथ संतुलन माना जा सकता है।
2. थर्मोन्यूक्लियर टैबलेट को गर्म करने के लिए एक्स-रे लेजर का उपयोग करने का प्रस्ताव इस दावे के विपरीत नहीं है कि कैप्सूल की दीवारों पर विकिरण की घटना में प्लांक स्पेक्ट्रम होना चाहिए। होहलराम की दीवारों पर एक्स-रे फोटॉन के इनलेटस्टिक बिखरने के कारण लगभग ऐसा ही एक स्पेक्ट्रम होगा।
3. निश्चित रूप से मेरे तर्क में आप कई औपचारिक गलतियाँ पा सकते हैं। यह अभी भी एक वैज्ञानिक नहीं है, लेकिन एक लोकप्रिय विज्ञान लेख है। लेकिन फिर भी, यह मुझे लगता है कि इस लेख में मुख्य NIF समस्या का सार सही ढंग से परिलक्षित होता है।
4. विशेष रूप से, यदि एनआईएफ को कैप्सूल को एक्स-रे के साथ नहीं बल्कि नरम एक्स-रे (या हार्ड पराबैंगनी) फोटॉन के साथ कई मिलियन K (यानी, 100 से दूर) के तापमान पर विकिरणित करना है, तो इस मामले में NIF के खिलाफ उपरोक्त तर्क मान्य हैं। अर्थात्: ~ 1 केवी के शिखर या ~ 0.1 केवी वाली होहलराम की दीवारों के प्लैंक उत्सर्जन स्पेक्ट्रम ~ 1 ईवी के फोटोन के साथ लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रम में जगह नहीं ले सकता है, अगर थर्मोडायनामिक (अर्ध) संतुलन होता है। यदि यह नहीं होता है, तो गोलाकार सममित रूप से प्रत्यारोपण असंभव है।