Непрямое облучение (Indirect Drive) является одним из ключевых методов инициирования термоядерного синтеза в установках инерциального удержания (ИУТ). В отличие от прямого облучения, при котором лазерные или рентгеновские лучи направляются непосредственно на термоядерную мишень, непрямое облучение использует промежуточный элемент — полость (hohlraum) — для преобразования энергии облучения в более равномерное излучение, в частности рентгеновское.
1. Преобразование энергии лазера в рентгеновское излучение Полость, как правило выполненная из высокоатомного материала (например, золота), поглощает энергию лазерных импульсов. Поглощённая энергия нагревает стенки полости до высоких температур, что приводит к интенсивному излучению в диапазоне мягкого рентгена.
Ключевой момент: такое преобразование обеспечивает более симметричное облучение мишени, что критически важно для равномерного сжатия термоядерного топлива.
2. Формирование равномерного рентгеновского поля Рентгеновское излучение, испускаемое стенками полости, заполняет её внутренний объём и окружает мишень, помещённую в центре. Благодаря этому устраняется проблема локальных горячих точек, характерная для прямого облучения.
3. Обеспечение симметрии сжатия Симметрия сжатия является критическим фактором для достижения условий термоядерного синтеза. Даже незначительная асимметрия приводит к развитию гидродинамических возмущений, которые нарушают формирование центрального горячего пятна, необходимого для термоядерной реакции.
1. Геометрия и размеры Полости обычно имеют форму цилиндра или боба с отверстиями на торцах для ввода лазерного излучения. Размеры полости подбираются так, чтобы максимально равномерно распределить рентгеновское поле на поверхности мишени.
2. Материалы Выбор материала стенок определяется необходимостью высокой способности к излучательной конверсии энергии лазеров. Чаще всего применяются золото и пластины высокоатомных элементов, которые обеспечивают эффективное излучение мягких рентгенов.
3. Окна для лазера (laser entrance holes, LEH) Специальные отверстия позволяют лазерным лучам входить внутрь полости. Их диаметр и расположение критичны для минимизации потерь энергии и поддержания симметрии рентгеновского поля.
1. Поглощение и нагрев стенок Лазерное излучение, ударяя по внутренней поверхности полости, ионизирует материал стенки, образуя плазму. Эта плазма излучает рентгеновские фотоны, которые многократно рассеиваются внутри полости, создавая почти изотропное рентгеновское поле.
2. Формирование X-ray drive Излучение стенок полости облучает мишень, нагревая её внешнюю оболочку (ablator). Абляция оболочки создаёт реактивную силу, которая сжимает внутреннее топливо. Этот процесс известен как радиационно-инициированное сжатие.
3. Временная синхронизация Для успешного сжатия лазерные импульсы должны быть строго синхронизированы и иметь заданный профиль мощности. Неправильный временной профиль может вызвать асимметрию сжатия или преждевременное разрушение оболочки.
Ключевой момент: хотя непрямое облучение менее эффективно по конверсии энергии лазера в термоядерную (≈10–15%), его потенциал по достижению стабильного сжатия выше, чем у прямого облучения.
Полость выполняет три ключевых функции:
Таким образом, непрямое облучение с использованием полости является краеугольным камнем инерциального удержания термоядерного синтеза, обеспечивая управление симметрией, стабильностью и эффективностью процесса сжатия.