[ Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
Страница 1 из 11
Форум » Гениальная форма для беседы » Настоящее мнение профессионала » Фотонная ловушка для термояда (Фотонная ловушка для термояда!)
Фотонная ловушка для термояда
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:29:21 | Сообщение # 1
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
Фотонная ловушка для термояда  happy  


Физики создали  эффективную установку для нейтрализации отрицательных ионов с помощью фотонов, которую можно использовать в термоядерном реакторе.
Исследователям из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ) удалось разработать принципиально новую нерезонансную установку для накопления фотонов. Она состоит из обычного волоконного лазера и системы вогнутых зеркал, расположенных друг напротив друга.


Исследовательский стенд с фотонной ловушкой. wink
Попав между зеркал, фотоны отражаются от них и не могут выйти из ловушки, пока не поглотятся в зеркалах или не уйдут из ловушки. При этом удалось обойти проблемы, свойственные резонансным схемам накопления излучения: нет жесткого условия ни на спектр, ни на точность установки зеркал. Их отклонение даже на несколько градусов не влияет существенно на работу установки. angry
В ИЯФ создали модель накопителя, зеркала для которой изготовили в Институте лазерной физики СО РАН с участием исследователей Института автоматики и электрометрии СО РАН и ИЯФ. Эксперимент показал, что благодаря хорошему удержанию фотоны испытывают в нем около 1000 отражений, что соответствует времени жизни фотонов порядка 100 наносекунд. wacko



Автор идеи и руководитель исследований Сергей Попов за работой.
Использовать данный накопитель фотонов планируется для нейтрализации ионов в системе нагрева плазмы термоядерного реактора. В начале февраля исследовательская группа Сергея Попова (ИЯФ) получила рекорд по эффективности нейтрализации пучка – 98%, превзойдя предел, достижимый на других типах нейтрализаторов.
Источником энергии в термоядерном реакторе служит так называемый термоядерный синтез, в котором ядра дейтерия и трития объединяются, образуя ядро гелия. При этом выделяется огромная энергия.  Протекает данная реакция только при очень высоких температурах. Поэтому, чтобы запустить реакцию, вещество в реакторе надо сначала  нагреть примерно до 150 миллионов градусов, что в десять раз больше, чем в ядре Солнца.   tongue



Внутренняя часть фотонной ловушки – «зазеркалье».
Один из основных способов разогревания плазмы до нужных температур –  это  бомбардировка её пучком атомов водорода или дейтерия с большой скоростью и, соответственно, энергией. В международном исследовательском термоядерном реакторе ИТЭР, который сооружается во Франции, будут использоваться пучки атомов с энергией 1 мегаэлектронвольт. sad
 Надо подчеркнуть, что здесь нужны именно электрически нейтральные атомы, поскольку плазма удерживается внутри реактора с помощью магнитного поля, которое не пропустит извне заряженные частицы. Но нейтральные атомы невозможно разогнать в электрическом поле. cool
Физики нашли решение этой проблемы в использовании трехступенчатого процесса. Сначала нейтральный газ ионизируется присоединением к атомам электронов, затем получившиеся отрицательные ионы ускоряются, и на последнем этапе они нейтрализуются, отдавая лишний электрон. cry
Для нейтрализации отрицательных ионов обычно используется газовая мишень, представляющая собой струю газа, проходя сквозь которую ионы теряют лишний электрон. Недостаток этого метода в том, что значительная часть отрицательных ионов теряет оба электрона, становясь положительно заряженными частицами, неспособными, как уже говорилось, попасть сквозь магнитное поле в область термоядерной реакции. В результате нейтрализуется лишь около 60% ионов.

В перспективе рассматривается  использование плазменной мишени, но и она сможет нейтрализовать не более 80 % частиц. К тому же газ, попадая в реактор, охлаждает плазму. Все это снижает коэффициент полезного действия установки.
Для нейтрализации ионов можно использовать фотоны, имеющие энергию, достаточную, чтобы «оторвать» лишний электрон, но недостаточную, чтобы ионизировать получившийся нейтральный атом. Этот метод способен обеспечить нейтрализацию практически 100% ионов. Но для этого необходимо обеспечить достаточное количество фотонов на пути ионов.

Подобная задача может быть решена с помощью использования накопителей излучения. Однако для высокоэффективного функционирования традиционных хорошо изученных фотонных накопителей – резонаторов – необходимо соблюсти очень жесткие условия: точно установить зеркала, стабилизировать их и использовать излучение с очень узким спектром. Такие резонаторы очень сложно построить, и пока не существует установок, которые можно было применить на практике.
Предложенная в ИЯФ фотонная ловушка решает эту проблему. Однако её нужно изготовить в натуральную величину  и проверить на надежность при использовании мощных пучков.
 
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:32:00 | Сообщение # 2
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
Цитата rubik ()
Исследователям из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ) удалось разработать принципиально новую нерезонансную установку для накопления фотонов. Она состоит из обычного волоконного лазера и системы вогнутых зеркал, расположенных друг напротив друга.
smile Фотонная ловушка для термояда

 
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:44:01 | Сообщение # 3
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
sad Принцип работы[править | править вики-текст]В ловушке Пеннинга для удержания частиц используется сильное однородное вертикальное магнитное поле, ограничивающее радиальные движения частиц, и квадрупольное электрическое поле, ограничивающее вертикальные движения. Статический электрический потенциал может быть создан с помощью системы из трёх электродов: кольца и двух крышек. В идеальной ловушке Пеннинга кольцо и крышки являются гиперболоидами вращения. Для захвата положительных (отрицательных) ионов к крышкам прикладывается отрицательное (положительное) напряжение относительно кольца. Такой потенциал создаёт седловую точку в центре ловушки и ограничивает вертикальные колебания ионов. Электрическое поле заставляет ионы осциллировать (в случае идеальной ловушки Пеннинга — гармонически) вдоль вертикальной оси ловушки. Совместно с электрическим, магнитное поле заставляет ионы двигаться в горизонтальной плоскости по траектории, называемой эпитрохоида. Орбитальное движение ионов в горизонтальной плоскости состоит из двух нормальных колебаний c частотами, которые называются «магнетронной» {\displaystyle \omega _{-}} и «модифицированной циклотронной» {\displaystyle \omega _{+}} частотами. Эти колебания напоминают, соответственно, деферент и эпициклиз Птолемеевской модели солнечной системы.
 
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:45:02 | Сообщение # 4
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
biggrin Классическая траектория в проекции на горизонтальную плоскость для {\displaystyle \omega _{+}/\omega _{-}=8}Сумма двух этих частот называется «циклотронной частотой». Циклотронная частота зависит только от отношения электрического заряда к массе, а также от величины магнитного поля. Эта частота может быть измерена с очень высокой точностью, что позволяет определить массу заряженных частиц. Многие из высокоточных экспериментов по определению массы (электронпротон2H20Ne и 28Si) проводились с помощью ловушек Пеннинга. Для отвода энергии от ионов, находящихся внутри ловушки Пеннинга, используется охлаждение буферного газа, резистивное или лазерное охлаждение. Охлаждение буферного газа опирается на столкновения между ионами и молекулами нейтрального газа, при которых часть энергии ионов передается молекулам газа. При резистивном охлаждении движущиеся по электродам зеркальные заряды совершают работу на внешнем резисторе, эффективно отводя энергию ионов. Лазерное охлаждение может помочь с охлаждением ионов определенного сорта, но для этого у них должна быть особая структура электронной оболочки. Охлаждение также происходит при излучении ионами электромагнитных волн, которое происходит при их ускоренном движении в магнитном поле. Этот процесс является доминирующим для электронов, но для более тяжелых частиц его вклад в общее охлаждение пренебрежимо мал.Использование ловушки Пеннинга имеет ряд преимуществ перед радиочастотной ловушкой Пауля. Во-первых, в ловушке Пеннинга используются только статические поля, поэтому микроскопические колебания и нагрев ионов в переменном поле отсутствуют как таковые. Также ловушка Пеннинга может быть увеличена в размерах, сохранив свою способность удерживать ионы. Запертый ион можно будет удерживать на большем расстоянии от поверхностей электродов. Взаимодействие с краевыми потенциалами на поверхности электродов может быть причиной нагрева и декогерентизации, и эти эффекты растут по степенному закону с большим показателем по мере убывания расстояния между ионом и электродом.
 
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:46:22 | Сообщение # 5
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
surprised Ловушка названа в честь Ф. М. Пеннинга (1894—1953) Хансом Георгом Демельтом, построившим первую рабочую модель. Демельт развил идею Пеннинга, реализованную тем в вакуумметре, где ток, текущий через газоразрядную лампу, в присутствии магнитного поля был пропорционален давлению. Из автобиографии Х. Демельта:«Я начал концентрироваться на геометрии магнетрона и Пеннинговского разрядника, который, будучи реализован в ионной трубке Пеннинга, привлёк моё внимание во время посещения Гёттингена и Дюка. В их работе от 1955 года, посвященной циклотронному резонансу и поведению фотоэлектронов в вакууме, Франкен и Либс сообщили о паразитном смещении частоты, вызываемой случайными захватами электронов. Их анализ привёл меня к осознанию того, что в электрическом поле чистого квадруполя смещение не должно зависеть от положения электрона внутри ловушки. Это важное преимущество над многими другими типами ловушек, которые я хотел использовать. Магнетронная ловушка данного типа была вкратце описана в книге Дж. Р. Пирса, изданной в 1949 году, и я создал простое описание осевых, магнетронных и циклотронных колебаний электрона внутри неё. С помощью мастера-стеклодува нашего факультета, Джейка Джонсона, я построил свою первую магнетронную ловушку высокого вакуума в 1959 году и скоро мог удерживать электроны в течение примерно 10 секунд, а также определять осевой, магнетронный и циклотронный резонансы.» — Х. Демельт
 
rubikДата: Понедельник, 24-Октябрь-2016, 12:49:14 | Сообщение # 6
WSEROD
Группа: Администраторы
Сообщений: 25
Репутация: 55
Статус: Offline
wacko Ловушка Пеннинга — устройство, использующее однородное статическое магнитное поле и пространственно неоднородное электрическое поле для хранения заряженных частиц. Этот тип ловушек часто используется при точных измерениях свойств ионов и стабильных субатомных частиц, обладающих электрическим зарядом. В недавнем прошлом подобная ловушка успешно использовалась при физической реализации квантового компьютера и квантовых вычислений. Ловушки Пеннинга также применялись при создании так называемого «квазиатома» — связанное состояние электрона, в котором ядро отождествлено с Землёй (geonium atom). В ЦЕРНе их используют для хранения антипротонов и других заряженных античастиц.
 
Форум » Гениальная форма для беседы » Настоящее мнение профессионала » Фотонная ловушка для термояда (Фотонная ловушка для термояда!)
Страница 1 из 11
Поиск: