• Length:
    6 Weeks
  • Effort:
    2–3 hours per week
  • Price:

    FREE
    Add a Verified Certificate for $49 USD

  • Institution
  • Subject:
  • Level:
    Introductory
  • Language:
    Русский
  • Video Transcript:
    Русский
  • Course Type:
    Self-paced on your time

About this course

Skip About this course

На протяжении всего развития цивилизации перед человечеством регулярно возникали энергетические проблемы, обусловленные ростом удельного энергопотребления. Качественно новый этап в развитии энергетики в XXI веке определяется наступающим истощением традиционных ископаемых топливных ресурсов. Проблемы энергообеспечения уже в среднесрочной перспективе будут приобретать все большую значимость не только в связи с ограничением топливных ресурсов, но и в силу меняющихся представлений о качестве жизни.

Для устойчивого развития общества в перспективе необходимо развивать энергетику, использующую практически неограниченный ресурс, безопасную в эксплуатации и чистую в экологическом плане. Из рассматриваемых возможностей этим требованиям в значительной степени отвечает термоядерная энергетика. Аргументы в пользу управляемого термоядерного синтеза (УТС) хорошо известны: от наивысшей, среди известных человечеству, калорийности и практически неисчерпаемых запасов дейтерия в природе, до значительно меньших (более чем в 100 раз) уровней радиоактивных отходов по сравнению с энергетическими циклами на основе реакций деления актиноидов. На возможность использования реакций синтеза легких ядер для целей экологически чистой, безопасной и экономически выгодной энергетики было обращено внимание более 50 лет назад. Все изобретенные за это время устройства можно разделить на два класса: 1) системы, основанные на магнитном удержании горячей плазмы (токамаки, стеллараторы); 2) импульсные системы (системы инерциального термоядерного синтеза (ИТС)).

Оба типа систем, уже, вплотную подошли к созданию экспериментальных машин с положительным выходом энергии, в которых будут проверены основные элементы будущих термоядерных реакторов. В настоящее время в инерционном термоядерном синтезе разрабатываются несколько типов драйверов: лазеры, пучки тяжелых ионов, быстрые Z-пинчи. Преимущество лазерного излучения заключается в относительной легкости его транспортировки к мишени и его фокусировки, возможности получать огромные плотности мощности, требуемые для эффективного сжатия и разогрева мишени. Основные технологические трудности создания импульсных реакторов лежат в области лазерной техники.

В настоящее время, в мире постоянно расширяется фронт работ по созданию импульсных лазерных установок, при фокусировке излучения которых реализуются термодинамические состояния доступные в природе только в центрах массивных звезд. Это связано с бурным ростом технологий, обеспечивающих возможность достижения все более высоких энергетических характеристик лазерных систем.

В лазерном термоядерном синтезе (ЛТС) соединились два наиболее замечательных открытия столетия - термоядерные реакции и квантовая генерация света, для того чтобы подарить человечеству практически неисчерпаемый источник энергии. Проблема управляемого термоядерного синтеза еще далека от своего решения, но во всем мире ведутся интенсивные работы и с каждым годом расстояние до цели сокращается.

What you'll learn

Skip What you'll learn
  • Основы термоядерной энергетики

Модуль 1. Термоядерная проблема
1.1. Энергетические ресурсы человечества: состояние и перспективы
1.2. Солнце-термоядерный реактор
1.3. Основы физики ядерных реакций
1.4. Ядерная энергетика. Концепция термоядерной электростанции
1.5. Термоядерная проблема

Модель 2. Основы физики плазмы
2.1. Борьба с кулоновским отталкиванием
2.2. Элементарные процессы в плазме. Равновесие
2.3. Процессы переноса в плазме
2.4. Излучение плазмы
2.5. Распространение электромагнитного излучения в плазме

Модуль 3. На пути к управляемому термоядерному синтезу
3.1. Условия реализации термоядерного реактора. Критерий Лоусона
3.2. Принципы удержания плазмы
3.3. Поиск путей реализации управляемого термоядерного синтеза
3.4. Магнитное удержание плазмы
3.5. Инерционное удержание плазмы

Модуль 4. Физические основы генерации и усиления лазерного излучения
4.1. Взаимодействие излучения с веществом. Тепловое излучение
4.2. Взаимодействие излучения с инверсной средой. Оптические квантовые усилители
4.3. Оптические резонаторы. Свойства лазерных пучков
4.4. Режимы работы лазеров. Генерация гармоник. Генерация ультракоротких импульсов
4.5. Типы лазеров

Модуль 5. Лазеры для инерциального термоядерного синтеза
5.1. Критерии выбора параметров лазера для ЛТС
5.2. Лазеры для экспериментов по термоядерному синтезу. История длинной в 50 лет
5.3. Лазеры на неодимовом стекле
5.4. Лазерные усилители на неодимовом стекле
5.5. Принципы построения оптической схемы лазерной системы для ЛТС
5.6. Обзор крупнейших мировых лазерных установок для ЛТС

Модуль 6. Физические процессы в веществе при ЛТС*
6.1. Основы физики лазерной плазмы
6.2. Схема прямого облучения
6.3. Схема с боксом-конвертером
6.4. Схема быстрого поджига
6.5. Результаты экспериментов на крупнейших мировых лазерных установках для ЛТС
6.6. Что дальше? Перспективы развития лазеров для ЛТС *

Meet your instructors

Андрей Кузнецов
Доктор физико-математических наук
National Research Nuclear University MEPhI

Pursue a Verified Certificate to highlight the knowledge and skills you gain
$49 USD

View a PDF of a sample edX certificate
  • Official and Verified

    Receive an instructor-signed certificate with the institution's logo to verify your achievement and increase your job prospects

  • Easily Shareable

    Add the certificate to your CV or resume, or post it directly on LinkedIn

  • Proven Motivator

    Give yourself an additional incentive to complete the course

  • Support our Mission

    EdX, a non-profit, relies on verified certificates to help fund free education for everyone globally

Who can take this course?

Unfortunately, learners from one or more of the following countries or regions will not be able to register for this course: Iran, Cuba and the Crimea region of Ukraine. While edX has sought licenses from the U.S. Office of Foreign Assets Control (OFAC) to offer our courses to learners in these countries and regions, the licenses we have received are not broad enough to allow us to offer this course in all locations. EdX truly regrets that U.S. sanctions prevent us from offering all of our courses to everyone, no matter where they live.