Доставка криогенных мишеней для лазерного ИТС – статус и направление дальнейших исследований

Для проведения современных экспериментов по инерциальному термоядерному синтезу (ИТС) необходимо создание принципиально новых систем доставки криогенных топливных мишеней (КТМ) в камеру взаимодействия с мощным лазерным излучением, функционирующих при экстремально низких температурах ($T\sim17$ K). Оригинальная концепция доставки КТМ на основе технологии магнитной левитации (МАГЛЕВ) была предложена в Физическом институте им. П.Н.Лебедева (ФИАН) и успешно развивается в ряде текущих программ. Данная работа продолжает исследования ФИАНа в области создания циклотронного ускорителя КТМ с ограниченным магнитным треком для её бесконтактной доставки в лазерный фокус. Модели носителей КТМ изготавливались из ленточных высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (2G-ВТСП) со структурой J-PI-04-20Ag-20Cu и с высоким пиннингом вихрей для обеспечения левитационной устойчивости процесса ускорения. Проведение экспериментов при $T\sim 80$ K показало, что ВТСП-носители стабильно вращаются над круговым магнитным треком на заданной высоте. На основе измеренных экспериментальных данных и результатов расчёта проведена оценка параметров циклотронного ускорителя при фактической рабочей температуре инжектора $T \sim17$ K. Показано, что для магнитных полей $B\sim2$ Тл с градиентом индукции $\partial B^2/\partial x\sim 2\times 10^2$ Тл$^2$/м циклотронный ускоритель радиусом $4$ м способен достичь скоростей инжекции мишени $\nu_{inj} = 200$ м/с при ускорении $a = 1000$g, что является нижним пределом требуемых скоростей для будущего реактора ИТС. Показано также, что для действующих лазерных установок легко реализуются скорости $\nu_{inj}= 20-100$ м/с, причём для существенно меньших $a$ ($a=10-250$g), что снижает риск разрушения КТМ вследствие механических перегрузок. Полученные результаты актуальны для повышения эффективности сжатия криогенной мишени при условии её инжекции в лазерный фокус. Кроме того, обсуждаются перспективные исследования ФИАНа в области циклотронного ускорения КТМ как с точки зрения выбора новых ВТСП-материалов, так и улучшения конструкции ВТСП-носителей, что, безусловно, найдёт практическое применение при разработке и оптимизации бесконтактных систем частотной доставки криогенных мишеней для проведения экспериментов по ИТС.