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.

Osnova přednášek:

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

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

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

4. Hydrodynamické nestability, imprint

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

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

7. Termojaderná jiskra, vlna termojaderného hoření, kinetika částic

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

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

10. Interakce intenzivních iontových svazků s terči

11. Koncepce energetických reaktorů pro IFE, výroba tritia

12. Přednosti a problémy jednotlivých driverů pro IFE

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. Absorpce laserového záření

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:

• Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (povinný předmět programu)
• Fyzikální elektronika - Počítačová fyzika (PS)