Hohlraum - Hohlraum
Em termodinâmica de radiação , um hohlraum (uma palavra alemã não específica para um "espaço oco" ou "cavidade") é uma cavidade cujas paredes estão em equilíbrio radiativo com a energia radiante dentro da cavidade. Esta cavidade idealizada pode ser aproximada na prática fazendo uma pequena perfuração na parede de um recipiente oco de qualquer material opaco . A radiação que escapa através de tal perfuração será uma boa aproximação da radiação de corpo negro na temperatura do interior do recipiente.
Fusão de confinamento inercial
A abordagem do impulso indireto para a fusão por confinamento inercial é a seguinte; a cápsula de combustível de fusão é mantida dentro de um hohlraum cilíndrico . O corpo hohlraum é fabricado com um elemento high-Z (alto número atômico), geralmente ouro ou urânio. As paredes do hohlraum devem ter rugosidade superficial inferior a 1 mícron e, portanto, é necessária uma usinagem precisa durante a fabricação. Qualquer imperfeição da parede do hohlraum durante a fabricação causará compressão desigual e não simétrica da cápsula de combustível dentro do hohlraum durante a fusão por confinamento inercial. Portanto, o acabamento da superfície é extremamente importante, pois durante disparos de laser ICF, devido à pressão e temperatura intensas, os resultados são altamente suscetíveis à rugosidade da textura hohlraum. Portanto, a imperfeição durante a fabricação do hohlraum deve ser cuidadosamente evitada. Dentro do hohlraum há uma cápsula de combustível contendo combustível deutério e trítio (DT). Uma camada congelada de gelo DT adere dentro da cápsula de combustível. A parede da cápsula de combustível é sintetizada usando elementos leves (como plástico, berílio ou carbono de alta densidade, ou seja, diamante). A parte externa da cápsula de combustível explode para fora quando ablacionada pelos raios X produzidos pela parede do hohlraum após irradiação por lasers. Devido à terceira lei de Newton, a porção interna da cápsula de combustível implode, fazendo com que o combustível DT seja supercomprimido, ativando a reação de fusão. A cápsula deve ser precisamente esférica, com rugosidade de textura menor que um nanômetro, para que a ignição por fusão comece. Caso contrário, a instabilidade fará com que a fusão fracasse. A cápsula de combustível contém um pequeno orifício de enchimento com menos de 5 mícrons de diâmetro, para injetar a cápsula com gás DT. Dependendo do projeto hohlraum, durante disparos de laser ICF, vários parâmetros como tempo de choque, forma de implosão da cápsula de combustível, velocidade de implosão e proporção do combustível frio para o núcleo de combustível quente são medidos. A fonte de radiação (por exemplo, laser ) é apontada para o interior do hohlraum e não para a cápsula em si. O hohlraum absorve e re-irradia a energia como raios X , um processo conhecido como impulso indireto. A vantagem dessa abordagem, em comparação com o acionamento direto, é que as estruturas de modo alto do ponto de laser são suavizadas quando a energia é re-irradiada das paredes do hohlraum. A desvantagem dessa abordagem é que as assimetrias de modo baixo são mais difíceis de controlar. É importante ser capaz de controlar as assimetrias de modo alto e modo baixo para obter uma implosão uniforme .
A intensidade dos raios X ao redor da cápsula deve ser muito simétrica para evitar instabilidades hidrodinâmicas durante a compressão. Projetos anteriores tinham radiadores nas extremidades do hohlraum, mas foi difícil manter a simetria de raios-X adequada com essa geometria. No final da década de 1990, os físicos-alvo desenvolveram uma nova família de projetos em que os feixes de íons são absorvidos nas paredes do hohlraum, de modo que os raios X são irradiados de uma grande fração do ângulo sólido em torno da cápsula. Com uma escolha criteriosa de materiais absorventes, este arranjo, referido como um alvo de "radiador distribuído", oferece melhor simetria de raios-X e ganho de alvo em simulações do que os projetos anteriores.
Projeto de arma nuclear
O termo hohlraum também é usado para descrever o invólucro de uma bomba termonuclear seguindo o projeto de Teller-Ulam . O objetivo do invólucro é conter e focar a energia do estágio primário ( fissão ) para implodir o estágio secundário ( fusão ).
Notas e referências
links externos
- NIF Hohlraum - imagem de alta resolução no Laboratório Nacional Lawrence Livermore.
