在将这些数字看去后,直接泵送并不是60年代预测的对电激光器的革命性升级。
涡轮机、发电机、散热器和激光二极管得到了很大的改进,它们在激光中提供了反应堆输出的很大一部分。我们期望空间优化的核电厂与二极管激光器在使用当今可用的尖端技术时具有相当好的性能。
具有 100 kW/kg 反应堆核心, 50%的高效涡轮机,10千瓦/千克,80%的高效发电机,7千瓦/千克的高效二极管,使用1.34千瓦/千克散热器去除废热(323K温度),整体效率24%,功率密度323W/kg。
使用非常强大的 1 MW/kg 反应堆核心的更先进的系统, 60% 高效 MHD 发电机,功率为 100k/kg,带 1000K 56.7 kW/kg 散热器,为 50% 高效光纤激光器提供 450K 2.3 kW/kg 散热器冷却的功率,总体效率为 30%,功率密度为 2.5 kW/kg。
我们能用反应堆激光打败这些数字吗?
间接泵送
直接泵送方法使用以中子或有问题的裂变碎片的形式释放的反应堆输出的一小部分。使用核反应的全部输出不是更好吗?
间接泵送允许我们使用100%的输出,以热的形式。然后,这种热量可以通过各种方式转化为激光。
以下某些类型的激光的研究和数据来自太阳能加热设计,这些设计试图利用集中的阳光加热中间的黑体,而中间的黑体又辐射到激光介质上。出于我们的目的,我们正在用反应堆动力源取代太阳的热量。在这种情况下,它有时被称为"黑体激光"。
黑体辐射泵
在高温下,黑体发射器在某些波长中强烈辐射,用激光材料泵送。反应堆可以轻易地将黑碳表面加热到2000至3000K的温度——无论如何,核火箭都有望运行
在这些温度下,黑体的某些光谱位于被某些晶体和气态激光介质很好地吸收的波长内。
掺杂的钛-铝-加内特(Nd:YAG)是一种晶体激光介质,作为黑体泵送激光的候选材料已被彻底研究。它产生1060纳米的光束。
效率数字各不相同。
简单的单通道配置会导致效率非常低(0.1 到 2%)。这是因为拉面介质只吸收整个黑体光谱的一小部分。简单地说,如果我们把从100纳米到10,000纳米的所有东西都照射到激光介质上,它会将0.1至2%的光线转换成激光束,并将其余的变成废热。凭借这种性能,黑体泵送激光器不比前一节的直接泵送反应器激光设计更好。
相反,研究人员已经想出一种方法来恢复99至99.9%的黑体光谱,而拉面介质不使用。这是回收热黑体泵送激光器。
d:YAG晶体位于"热管"内。来自管壁的黑体辐射穿过晶体。晶体是薄的,几乎透明的所有波长。上图使用 Ti:Sapphire,但任何激光晶体的概念都是一样的。
每次通过晶体时,只有大约2%的黑体光谱被吸收。剩余的 97 到 98% 通过返回热管的墙壁。它们被黑碳表面吸收并回收成热。在许多辐射、吸收和循环循环中,成为激光的总能量中,其比例会提高,从而实现出色的整体效率。
使用 Nd:YAG 激光器实现了35%的效率。
唯一的缺点是Nd:YAG晶体需要强烈的辐射才能开始产生光束。上一份文件表明,需要150兆瓦/米+3。另一个源指示 800 MW/m=3。我们也知道,效率会随着强度的增加而增加。如果我们的目标是 1 GW/m+3,相当于 268 瓦在直径 1 厘米的拉板杆的每个平方厘米上闪耀,如果发射器的温度至少为 2622K,则需要 1:1 的发射与接收区域的比率。