گداخت یا درداشت لخت

پژوهش در باره گداخت یا درداشت لخت از زمان پیدایش آن، در چند دهه قبل، رشد قابل ملاحظه‌ای داشته است. در طرحهای پژوهش گداخت یا درداشت لخت، سوخت ساچمه‌ای شکل دوتریوم – تریتیوم در اثر پرتو گیری از یک تپ پر انرژی، که به صورت باریکه لیزری یا باریکه ذره‌ای است، تا هزار برابر چگالی جسم جامد متراکم می‌شود. یک ناحیه کوچک مرکزی در داخل ساچمه در اثر گرم شدن تا 5 کیلو الکترون ولت مشتعل می‌شود و بقیه سوخت در اثر انتشار سوختن گرما هسته‌ای مصرف می‌شود. اگر همه چیز به خوبی کار کند، انرژی تولید شده خیلی بیشتر از انرژی مصرف شده برای شروع فرایند است.
تاکنون بیشتر کارهای انجام شده بر روی هدف گداخت یا درداشت لخت با استفاده از محرکهای لیزری انجام گرفته است زیرا این محرکها قابلیت حصول به چگالیهای قدرت لازم را دارند. در حال حاضر، انواع اصلی پدیده‌های مهم در بر هم کنش شدید نور لیزر با ماده را می‌شناسیم و تا حدودی می‌دانیم که کدام فرایندها احتمال دارد در سیستمهای تراکمی ساچمه‌های متناسب با ابعاد رآکتور دارای اهمیت باشند. همین طور، ضرورتهای فیزیکی یا «عناصر بحرانی» برای گداخت یا درداشت لخت به خوبی مشخص شده‌اند.
در حال حاضر ما در حال گذار از اولین نسل آزمایشها، که مسائل فیزیکی را مشخص کرده‌اند، به نسل دوم هستیم که طی آن راه حلهای پیشنهادی امتحان خواهند شد. مثلاً معلوم شده است که گرمایش قبل از موعد سوخت (پیش گرمایش) در درجه اول به علت الکترونهای پر انرژی است که می‌توانند تا عمق زیاد در سوخت نفوذ کنند و انرژی به جا بگذارند. این الکترونها را نا پایداریهای پلاسمایی که با لیزر تحریک می‌شوند تولید می‌کنند. کاهش جذب مسئله دیگری است که از نا پایداری حاصل از پس پراکندگی بر انگیخته بریلوئن ناشی می‌شود. در عین حال، تبدیل بی صرفه انرژی جذب شده لیزر به انرژی تراکم سریع سوخت (کارایی هیدرو دینامیکی)، نتیجه جذب در پلاسمای با چگالی خیلی کم است.
خوش بختانه، انتظار می‌رود که تمام این مسائل با استفاده از لیزرهایی با طول موج کوتاهتر (که قابلیت نفوذ در چگالیهای بیشتر و بالا بردن آستانه‌های نا پایداری را دارند) حل شود. در واقع، طول موج بیشتر دستگاههای یزرگ لیزر گداخت لخت را از فرو سرخ (یک و پنج صدم یا ده و نیم میکرو متر) به نور مرئی (سی و پنج صدم و پنجاه و سه صدم میکرو متر) یا حتی فرا بنفش (بیست و پنج صدم میکرو متر) تغییر داده‌اند. آزمایشهای انجام شده با لیزرهایی با طول موج کوتاه دل گرم کننده بوده‌اند. ترازهای پیش گرمایش و پس پراکنش، هر دو با طول موجهای کوتاهتر به طور قابل ملاحظه‌ای تقلیل می‌یابند.
قبل از اعلام پیروزی، به هر حال، باید بر هم کنشهای فیزیکی را در پلاسماهای بزرگتر و همگنتر که مشخصه ساچمه‌های متناسب با ابعاد رآکتور است، آزمایش کرد. معلوم شده است که آستانه‌های نا پایداری در پلاسماهای یکنواختتر، پایینتر هستند. یک اثر جبران کننده، آن است که نور با طول موج کوتاهتر بهتر می‌شود، زیرا جذب بر خوردی (تابش ترمزی معکوس) در پلاسماهای بزرگتر، چگالتر و سردتر افزایش می‌یابد.
حصول به در بایست بحرانی گداخت لخت، یعنی تقارن لازم برای تراکم سریع ساچمه، با استفاده از نور در طول موجهای کوتاهتر مشکلتر می‌شود. برای تراکم و اشتعال قسمت کوچکی از سوخت گرما هسته‌ای به طور مؤثر، میزان نا یکنواختی تراکم سریع باید در محدوده یک تا دو در صد نگه داشته شود. به هر حال، از آن جا که لیزرهای با طول موج کوتاه انرژی خود را در چگالی زیاد به جا می‌گذارند، تأثیر نا یکنواختی باریکه مستقیماً در سطح ساچمه ظاهر می‌شود و مسئله را شدیدتر می‌کند. در حال حاضر دو راه حل در دست بررسی است. رهیافت اصلی عبارت است از «پرتو دهی غیر مستقیم» که در لیور مور در لوس آلاموس و شرکت گداخت K M S در میشیگان بررسی می‌شود. در این جا، باریکه محرک ابتدا تبدیل به پرتوهای ایکس می‌شود که با پرتو دهی ساچمه تراکم سریع را ایجاد می‌کند.
روش دیگر، «تحریک مستقیم» است که در آن باریکه‌های لیزر به ساچمه بر خورد می‌کنند و نا یکنواختیهای باریکه مستقیماً کاهش می‌یابد. این کار به دو روش انجام می‌گیرد. در دانشگاه راچستر، دانشمندان با توجه دقیق به اپتیک لیزری موفق به حصول یکنواختی باریکه و ترازمندی آن تا پنج در صد شدند. روشی دیگر که از آن هم نوید یخشتر است از درک جدید این مطلب ناشی شده است که پرتو دهی همواره ساچمه (به هر اندازه) را می‌توان با استفاده از میانگینِ چند باریکه کوچک با فازهای کاتوره‌ای انجام داد. دانشگاه آزاکا (ژاپن)، آزمایشگاه لبدف (روسیه)، و S I M F (چین) استفاده از میانگین گیری فضایی را پیشنهاد کردند. در آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده (N R L)، با استفاده از روش میانگین گیری فضایی و زمانی، یکنواختی باریکه یک لیزر شیشه‌ای پر قدرت را بیش از ده برابر افزایش دادند. تلفیق هموار سازی باریکه با لیزری با طول موج کوتاه که به طور مکرر می‌تپد، مانند لیزر اگزومر Kr F، روش کداخت یا درداشت لخت با محرک مستقیم را جالب توجه می‌سازد، ولی در حال حاضر مشخص نیست که کدام یک از این راه حاها بهتر است.
محرکهای لیزری که در حال حاضر به کار می‌روند برای پژوهش مناسب هستند ولی کارایی، آهنگ تکرار، و انرژی لازم برای گداخت لخت را ندارند. افزایش کارایی محرکهای لیزری تا سطح لازم 5 تا 10 در صد ممکن است با استفاده از دمش توسط لیزرهای حالت جامد و یا به کمک مواد و دستگاههای جدید لیزری امکان پذیر شود. یک مدول اگزومر ده تا بیست کیلو ژولی Kr F در لوس آلاموس تحت آزمایش بود و واحدهای کوچکتر در سایر نقاط در حال کار هستند.
باریکه‌های یونهای سبک و یونهای سنگین نیز به عنوان محرکهای ممکن در نظر گرفته شده‌اند، زیرا کارایی بالقوه هر دو آنها زیاد است. شتاب دهنده‌های یون سبک نسبتاً ارزان هستند، ولی در شتاب دهنده‌های گرانترِ یون سنگین است که می‌توان تپهایی با آهنگ تکرار بالا تولید کرد، یک باریکه یون سبک با شدت زیاد و واگرایی کم چنر سال پیش به وسیله سندیا به نمایش گذاشته شد. شتاب دهنده گداختی با باریکه ذره‌ای (PMFAII) باید باریکه‌ای به شدت 150 Tw/cm2 و MJ2-1 بر روی هدف ایجاد کند. یک پروژه شتاب دهنده خطی القائی باریکه یون سنگین در برکلی شروع شد و برای انجام آزمایشها برنامه ریزی شد. به هر حال مدتی طول می‌کشد تا هر یک از این وسایل به صورت مناسبی برای سیستمهای رآکتور با بهره بالا در آیند.
بدون شک پیش رفتهایی حاصل شده است، ولی هنوز معلومات کافی برای انتخاب بهترین محرک، بهترین گستره کار و بهترین طرح ساچمه برای گداخت یا درداشت لخت وجود ندارد. پژوهشهای آینده گستره انتخاب را محدودتر می‌کند و ارزش ادامه حیات گداخت لخت را تعیین خواهد کرد. نیروگاه گداخت لخت از این نظر جالب توجه است که محرک آن که مستلزم «فن آوری بالا» است – جدا از جعبه احتراق قرار دارد و در نتیجه رآکتور گداخت ساده‌تری است.