Пироэлектрический синтез - Pyroelectric fusion

Пироэлектрический синтез относится к технике использования пироэлектрический кристаллы для создания сильных электростатических полей для ускорения дейтерий ионы (тритий также может когда-нибудь использоваться) в гидрид металла мишень, также содержащая дейтерий (или тритий) с достаточной кинетической энергией, чтобы заставить эти ионы подвергаться термоядерная реакция. Об этом сообщили в апреле 2005 г. UCLA. Ученые использовали пироэлектрический кристалл нагревается от -34 до 7 ° C (от -29 до 45 ° F) в сочетании с вольфрам игла для производства электрическое поле около 25 гигавольт на метр для ионизации и ускорения дейтерий ядра в эрбий мишень дейтерида. Хотя энергия ионов дейтерия, генерируемых кристаллом, напрямую не измерялась, авторы использовали 100 кэВ (температура около 109 K ) в качестве оценки при их моделировании.[1] На этих уровнях энергии два ядра дейтерия могут сливаться вместе, чтобы произвести гелий-3 ядро, 2,45 МэВ нейтрон и тормозное излучение. Несмотря на то, что он является полезным генератором нейтронов, устройство не предназначено для выработки электроэнергии, поскольку требует гораздо больше энергии, чем производит.[2][3][4][5]

История

Процесс ускорения легких ионов с использованием электростатических полей и ионов дейтерия для получения термоядерного синтеза в твердых дейтерированных мишенях был впервые продемонстрирован Кокрофт и Уолтон в 1932 г. (см. Генератор Кокрофта-Уолтона ). Действительно, сегодня этот процесс используется в тысячах миниатюрных версий их оригинального ускорителя в виде небольшой герметичной трубки. нейтронные генераторы, в нефтегазовой отрасли.

Процесс пироэлектричества известен с давних времен.[6] Первое использование пироэлектрического поля для ускорения дейтронов было в 1997 году в эксперименте, проведенном доктором. В.Д. Дугар Джабон, Г.В. Федорович, Н.В. Самсоненко.[7] Эта группа была первой, кто использовал танталат лития (ЛиТаО3) пироэлектрический кристалл в термоядерных экспериментах.

Новаторская идея пироэлектрического подхода к синтезу заключается в применении пироэлектрического эффекта для создания ускоряющих электрических полей. Это достигается путем нагревания кристалла от -30 ° F до + 45 ° F в течение нескольких минут.

Результаты с 2005 г.

В апреле 2005 г. UCLA бригада во главе с профессором химии Джеймс К. Гимзевски[8] и профессор физики Сет Путтерман использовал вольфрам Зонд прикреплен к пироэлектрическому кристаллу для увеличения напряженности электрического поля.[9] Брайан Наранджо, аспирант, работавший под руководством Путтермана, провел эксперимент, демонстрирующий использование пироэлектрического источника энергии для получения термоядерного синтеза на лабораторном настольном устройстве.[10] В устройстве использовался танталат лития (ЛиТаО3) пироэлектрический кристалл для ионизации атомов дейтерия и ускорения дейтронов по направлению к неподвижному дидейтериду эрбия (ЭD2) цель. Происходило около 1000 реакций синтеза в секунду, каждая приводила к образованию 820 кэВ гелий-3 ядро и 2,45 МэВ нейтрон. Команда ожидает применения устройства как нейтронный генератор или, возможно, в микродвигатели за космический двигатель.

Команда на Политехнический институт Ренсселера под руководством Ярона Данона и его аспиранта Джеффри Гютера усовершенствовали эксперименты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, используя устройство с двумя пироэлектрическими кристаллами, способное работать при некриогенных температурах.[11][12]

Ядерный синтез D-D, управляемый пироэлектрическими кристаллами, был предложен Наранхо и Путтерманом в 2002 году.[13] Это также обсуждалось Браунриджем и Шафротом в 2004 году.[14] Возможность использования пироэлектрических кристаллов в устройстве для производства нейтронов (с помощью D-D-синтеза) была предложена в докладе конференции Гойтера и Данона в 2004 году.[15] а затем в публикации, посвященной ускорению электронов и ионов пироэлектрическими кристаллами.[16] Ни один из этих более поздних авторов не имел предварительных сведений об экспериментальной работе 1997 года, проведенной Дугаром Джабоном, Федоровичем и Самсоненко, которые ошибочно полагали, что слияние происходит внутри кристаллов.[7] Ключевой ингредиент использования вольфрамовой иглы для получения достаточного тока ионного пучка для использования с источником питания пироэлектрического кристалла был впервые продемонстрирован в 2005 году. Природа бумаги, хотя в более широком контексте наконечники вольфрамовых эмиттеров уже много лет используются в качестве источников ионов в других приложениях. В 2010 году было обнаружено, что вольфрамовые наконечники эмиттеров не нужны для увеличения ускоряющего потенциала пироэлектрических кристаллов; потенциал ускорения может позволить положительным ионам достигать кинетической энергии от 300 до 310 кэВ.[17]

Пироэлектрический синтез был разрекламирован в средствах массовой информации,[18] который упускает из виду более ранние экспериментальные работы Дугара Джабона, Федоровича и Самсоненко.[7] Пироэлектрический синтез не имеет отношения к ранее заявленным реакциям синтеза, которые наблюдались во время сонолюминесценция (пузырьковый синтез ) эксперименты, проводимые под руководством Руси Талейархан из Университет Пердью.[19] Фактически, Наранхо из команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе был одним из главных критиков этих более ранних заявлений Талеярхана о предполагаемом синтезе.[20]

Первые успешные результаты пироэлектрического синтеза с использованием меченной тритием мишени были зарегистрированы в 2010 году.[21] Команда UCLA Путтермана и Наранхо работала с Т. Венхаусом из Лос-Аламосская национальная лаборатория для измерения нейтронного сигнала 14,1 МэВ намного выше фона. Это было естественным продолжением более ранней работы с дейтерированными мишенями.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дополнительные методы для «Наблюдения ядерного синтеза, управляемого пироэлектрическим кристаллом»
  2. ^ UCLA Crystal Fusion
  3. ^ Новости физики 729 В архиве 2013-11-12 в Wayback Machine
  4. ^ Выход из холода: ядерный синтез по-настоящему | csmonitor.com
  5. ^ Ядерный синтез на рабочем столе ... правда! - Наука - nbcnews.com
  6. ^ Сидни Лэнг, «Пироэлектричество: от древнего любопытства к современным средствам визуализации», Physics Today, август 2005 г., стр. 31–36, и Сидни Б. Ланг, «Справочник по пироэлектричеству» (Лондон: Gordon & Breach, 1974).
  7. ^ а б c Dougar Jabon, V.D .; Федорович, Г.В .; Самсоненко, Н.В. (1997). «Каталитически индуцированный D-D синтез в сегнетоэлектриках». Бразильский журнал физики. 27 (4): 515–521. Bibcode:1997BrJPh..27..515D. Дои:10.1590 / s0103-97331997000400014.
  8. ^ :: Джеймс К. Гимзевски ::. Chem.ucla.edu. Проверено 16 августа 2013.
  9. ^ Б. Наранхо, Дж. К. Гимзевски и С. Путтерман (из UCLA ), «Наблюдение за термоядерным синтезом с помощью пироэлектрического кристалла». Природа, 28 апреля 2005 г. См. Также новостная статья об этом. В архиве 2008-09-15 на Wayback Machine
  10. ^ Брайан Наранджо, «Наблюдение за термоядерным синтезом под действием пироэлектрического кристалла», диссертация, представленная с частичным удовлетворением требований для получения степени доктора философии по физике, Калифорнийский университет, Лос-Анджелес, 2006 г., 57 страниц, доктор Сет Путтерман, Председатель комитета. В диссертации доктора Наранхо нет ссылок на более ранние экспериментальные работы Джабона, Федоровича и Самсоненко [2].
  11. ^ Geuther, Jeffrey A .; Данон, Ярон (2005). «Ускорение электронов и положительных ионов пироэлектрическими кристаллами». Журнал прикладной физики. 97 (7): 074109–074109–5. Bibcode:2005JAP .... 97g4109G. Дои:10.1063/1.1884252.
  12. ^ Джеффри А. Гейтер, «Генерация излучения с помощью пироэлектрических кристаллов», диссертация, представленная на факультете аспирантуры Политехнического института Ренсселера при частичном выполнении требований для получения степени доктора философии в области ядерной техники и науки, Политехнический институт Ренсселера, Трой, Нью-Йорк Йорк, 13 апреля 2007 г., 176 страниц, доктор Ярон Данон, научный руководитель.
  13. ^ Б. Наранхо и С. Путтерман «Поиск синтеза по феномену фокусировки энергии в сегнетоэлектрических кристаллах» В архиве 2006-05-13 на Wayback Machine. Предложение UCEI, 1 февраля 2002 г.
  14. ^ Джеймс Д. Браунридж и Стивен М. Шафрот, [1] В архиве 2006-09-03 на Wayback Machine, 1 мая 2004 г.
  15. ^ Джеффри А. Гейтер, Ярон Данон, «Пироэлектрическое ускорение электронов: усовершенствования и будущие применения», Зимняя конференция ANS Вашингтон, округ Колумбия, 14–18 ноября 2004 г.
  16. ^ «Двойной кристаллический синтез» может открыть путь для портативных устройств, Пресс-релизы, Политехнический институт Ренсселера: 2005-2006: «Нью-Йоркская команда подтверждает UCLA Tabletop Fusion» В архиве 2006-03-19 на Wayback Machine. www.scienceblog.com
  17. ^ Tornow, W .; Lynam, S.M .; Шафрот, С. М. (2010). «Существенное увеличение ускоряющего потенциала пироэлектрических кристаллов». Журнал прикладной физики. 107 (6): 063302–063302–4. Bibcode:2010JAP ... 107f3302T. Дои:10.1063/1.3309841. HDL:10161/3332.
  18. ^ Матин Дуррани и Питер Роджерс «Фьюжн в настольном эксперименте». Веб-физика, 27 апреля 2005 г.
  19. ^ Талеярхан, Р. П .; West, C.D .; Lahey, R.T .; Nigmatulin, R.I .; Block, R.C .; Сюй, Ю. (2006). «Ядерная эмиссия при самоядерной акустической кавитации». Письма с физическими проверками. 96 (3): 034301. Bibcode:2006PhRvL..96c4301T. Дои:10.1103 / Physrevlett.96.034301. PMID  16486709.
  20. ^ Наранхо, Б. (2006). "Комментарий к" ядерным выбросам во время самоядерной акустической кавитации"". Письма с физическими проверками. 97 (14): 149403. arXiv:физика / 0603060. Bibcode:2006ПхРвЛ..97н9403Н. Дои:10.1103 / Physrevlett.97.149403. PMID  17155298.
  21. ^ Naranjo, B .; Putterman, S .; Венхаус, Т. (2011). «Пироэлектрический синтез с использованием тритиевой мишени». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 632 (1): 43–46. Bibcode:2011НИМПА.632 ... 43Н. Дои:10.1016 / j.nima.2010.08.003.

внешняя ссылка