Fyzika inerciální fúze

Garant předmětu:

Ondřej Klimo

Přednášející:

Ondřej Klimo

Cvičící:

Ondřej Klimo

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Cílem přednášky je seznámit studenty s fyzikálními procesy, na nichž je založen princip inerciální fúze, s jednotlivými fázemi probíhajícími při zapálení této fúze, s problémy, které úspěšnou realizaci inerciální fúze komplikují a s postupy navrženými pro řešení těchto problémů. Přednáška rovněž představuje nové významné projekty v oblasti inerciální fúze a seznamuje s koncepcí případných budoucích fúzních reaktorů.

Požadavky:

Podmínkou získání zápočtu je aktivní účast na cvičeních. Aktivní účastí je myšleno zejména vypracování úlohy podle zadání a prezentace na cvičeních kolegům. Na jedné úloze může pracovat dvojice studentů. Úlohy budou zadány v průběhu měsíce září a budou prezentovány v průběhu semestru, nejpozději na poslední hodině semestru.

Osnova přednášek:

1. Energetická bilance země, možnosti výroby energie, skleníkový jev,termojaderná fúze,

2. Možnosti iniciace fúze, mionová katalýza versus vysoká teplota, Lawsonovo kritérium

3. Princip inerciální fúze (ICF), energetický zisk, nutnost komprese paliva, přímá a nepřímá ICF, inerciální fúze pro výrobu energie (IFE)

4. Slupkový terč, aspektní poměr, ablační urychlení slupky, rázová vlna, sférická kumulace

5. Hydrodynamické nestability, imprint

6. Interakce laserových svazků s terči, šíření laserových svazků v koróně terčů, absorpce laseru, homogenizace laserových svazků, parametrické nestability, stimulovaný Brillouinův a Ramanův rozptyl

7. Transport energie v terči, elektronová tepelná vodivost, radiační transport

8. Termojaderná jiskra, vlna termojaderného hoření, indukovaná magnetická pole, kinetika částic

9. Schéma rychlého zapálení ICF, interakce subpikosekundových laserových pulsů s terči

10. Výroba terčů pro ICF, speciální vrstvy v terčích, kryogenní terče

11. Interakce intenzivních iontových svazků s terči

12. Koncepce energetických reaktorů pro IFE, výroba tritia, ochrana první stěny

13. Přednosti a problémy jednotlivých driverů pro IFE

14. Fyzika vysokých hustot energie, silně vázané plazma, stavová rovnice při vysokých tlacích, laboratorní astrofyzika

15. Další aplikace laserového plazmatu - rentgenové lasery a zdroje, urychlování elektronů a iontů

Osnova cvičení:

1. Energetická rovnováha ve stlačeném slupkovém terči

2. Zisk energie z terče

3. Silné a slabé rázové vlny a porovnání s adiabatickou kompresí

4. Rayleigh Taylorova nestabilita

5. Nestability laserového plazmatu

6. Modely ablace a transportu energie

Cíle studia:

Znalosti:

Studenti získají přehled o fyzikálních procesech, na nichž je založen princip inerciální fúze, o jednotlivých fázích probíhajících při zapálení této fúze, o problémech, které úspěšnou realizaci inerciální fúze komplikují a o postupech navržených pro řešení těchto problémů.

Schopnosti:

Porozumění základním procesům probíhajícím při termojaderné fúzi a orientace v nových poznatcích a přístupech k této problematice.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] S. Atzeni, J. Meyer-ter-Vehn, The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter, Oxford Univ. Press, Oxforf 2004

Doporučená literatura:

[2] S. Eliezer, The Interaction of High/Power Lasers with Plasmas, Institute of Physics Publishing, Bristol 2002

[3] K. Niu, Nuclear Fusion. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 1989.

[4] C. Yamanaka, Introduction to Laser Fusion, Harwood Academic, London 1991

[5] Laser Plasma Interactions 5: Inertial Confinement Fusion, edited by M.B. Hooper. SUSSP Publications, Edinburgh, 1995, pp. 105-137.

[6] W.L. Kruer, The Physics of Laser-Plasma Interactions. Addison-Wesley, New York, 1988.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: