En termodinámica de radiación , un hohlraum (una palabra alemana no específica para un "espacio hueco" o "cavidad") es una cavidad cuyas paredes están en equilibrio radiativo con la energía radiante dentro de la cavidad. Esta cavidad idealizada se puede aproximar en la práctica haciendo una pequeña perforación en la pared de un recipiente hueco de cualquier material opaco . La radiación que escapa a través de dicha perforación será una buena aproximación a la radiación de cuerpo negro a la temperatura del interior del recipiente.
Fusión por confinamiento inercial
El enfoque de impulso indirecto para la fusión por confinamiento inercial es el siguiente; la cápsula de combustible de fusión se mantiene dentro de un hohlraum cilíndrico . El cuerpo de hohlraum se fabrica utilizando un elemento de alto número Z (alto número atómico), generalmente oro o uranio. Las paredes del hohlraum deben tener una rugosidad superficial inferior a 1 micra y, por lo tanto, se requiere un mecanizado preciso durante la fabricación. Cualquier imperfección de la pared del hohlraum durante la fabricación provocará una compresión desigual y no simétrica de la cápsula de combustible dentro del hohlraum durante la fusión por confinamiento inercial. Por lo tanto, el acabado de la superficie es extremadamente importante, ya que durante los disparos con láser ICF, debido a la intensa presión y temperatura, los resultados son muy susceptibles a la rugosidad de la textura hohlraum. Por lo tanto, las imperfecciones durante la fabricación de hohlraum deben evitarse cuidadosamente. Dentro del hohlraum hay una cápsula de combustible que contiene combustible deuterio y tritio (DT). Una capa congelada de hielo DT se adhiere dentro de la cápsula de combustible. La pared de la cápsula de combustible se sintetiza utilizando elementos ligeros (como plástico, berilio o carbono de alta densidad, es decir, diamante). La parte exterior de la cápsula de combustible explota hacia afuera cuando se somete a ablación por los rayos X producidos por la pared del hohlraum tras la irradiación con láseres. Debido a la tercera ley de Newton, la parte interna de la cápsula de combustible implosiona, provocando que el combustible DT se supercomprima activando la reacción de fusión. La cápsula debe ser exactamente esférica, con una textura de rugosidad menor a un nanómetro, para que comience la ignición por fusión. De lo contrario, la inestabilidad hará que la fusión se esfume. La cápsula de combustible contiene un pequeño orificio de llenado con menos de 5 micrones de diámetro, para inyectar la cápsula con gas DT. Dependiendo del diseño del hohlraum, durante los disparos láser ICF, se miden varios parámetros como el tiempo de choque, la forma de implosión de la cápsula de combustible, la velocidad de implosión y la relación entre el combustible frío y el núcleo de combustible caliente. La fuente de radiación (p. Ej., Láser ) apunta al interior del hohlraum en lugar de a la cápsula misma. El hohlraum absorbe y vuelve a irradiar la energía en forma de rayos X , un proceso conocido como impulso indirecto. La ventaja de este enfoque, en comparación con la transmisión directa, es que las estructuras de modo alto del punto láser se suavizan cuando la energía se vuelve a irradiar desde las paredes del hohlraum. La desventaja de este enfoque es que las asimetrías de modo bajo son más difíciles de controlar. Es importante poder controlar las asimetrías de modo alto y modo bajo para lograr una implosión uniforme .
La intensidad de los rayos X alrededor de la cápsula debe ser muy simétrica para evitar inestabilidades hidrodinámicas durante la compresión. Los diseños anteriores tenían radiadores en los extremos del hohlraum, pero resultó difícil mantener una simetría de rayos X adecuada con esta geometría. A finales de la década de 1990, los físicos objetivo desarrollaron una nueva familia de diseños en los que los haces de iones se absorben en las paredes del hohlraum, de modo que los rayos X se irradian desde una gran fracción del ángulo sólido que rodea la cápsula. Con una elección acertada de los materiales absorbentes, esta disposición, conocida como un objetivo de "radiador distribuido", proporciona una mejor simetría de rayos X y una mejor ganancia del objetivo en las simulaciones que los diseños anteriores. [1]
Diseño de armas nucleares
El término hohlraum también se utiliza para describir la carcasa de una bomba termonuclear siguiendo el diseño de Teller-Ulam . El propósito de la carcasa es contener y enfocar la energía de la etapa primaria ( fisión ) para hacer implosión de la etapa secundaria ( fusión ).
notas y referencias
enlaces externos
- NIF Hohlraum - Imagen de alta resolución en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.