NO742253L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for forming av

efi. elektromagnetisk energipuls.

Foreliggende oppfinnelse angår en bolgeformgenerator for en laser-stråle og nærmere-bestemt frembringelse av en stråle av elektromagnetisk energi med forut bestemt bolgeform.

Teoretiske beregninger for en laserdrevet fusjonsreaktor angir

at laserpulsen bor ha en bestemt bolgeform som funksjon av tiden.

Det finnes en optimal pulslengde som er avhengig av den foreliggende kjernebrenselmengde og den tilgjengelige laserenergi. For foreliggende laserfusjonsparametere ligger disse optimale pulslengder i området 100 - 800 pikosekunder.

Utover pulslengden er laserpulsens form av betydning for fremgangsrik implosjon av kjernebrenselet. Begynnelsesenergien bor være lav, men oker raskt etter som implosjonen skrider frem for siden å avta meget raskt etter at maksimal effektnivå er oppnådd, idet ytterligere avgitt laserenergi bare vil ha liten innvirkning på reaksjonen. Laserpulser som kan frembringes ved anvendelse av kjent teknikk oppfyller ikke en gang tilnærmelsesvis disse vilkår, og pulslengden og pulsformen kan ikke innstilles på enkel måte.

De foreliggende pulslasere med høy effekt er Q-pulset og gir pulslengder av størrelsesorden 30 nanosekunder. Kortere pulser - oppnås enten ved å la laserstrålen passere gjennom en elektro-optisk lukker eller ved moduslåsning av selve laseren.

Elektrooptiske lukkere er båndbredde begrensede. Den korteste pulslengde som for nærværende kan oppnås under anvendelse av lukkere er av størrelsesorden 1 - 3 nanosekunder. Denne pulslengde er alt for lang -for optimale fusjonseksperimenter, og energi går tapt i de deler av pulsen som ikke utnyttes. Bolgeform-regulering er meget vanskelig, og etter som en hoyere modulasjonsbåndbredde er nodvendig for regulering av pulsformen.

Ved moduslåsning av laseroscillatoren kan meget korte pulser (ned til 5-10 pikosekunder) oppnås ved anvendelse av båndbredde-regulerende Fabry-Perot-interferometere .i laserhulrommet. Disse pulser kan jtørlenges til det anvendbare området på 100 - 800 pikosekunder. Det finnes imidlertid ingen kjent måte å regulere pulsformen for disse degenererte moduslåste pulser.

Hovedformålet for foreliggexle oppfinnelse er derfor å fremskaffe midler for forlengelse og modifisering av en elektromagnetisk energipuls med kort varighet til en.energistråle av onsket lengde©g bolgeform.

Det er et annet formål for oppfinnelsen å fremskaffe en kort diagnosepuls for å utlose observasjon av fenomener som opptreder under brenselimplosjonen.

Oppfinnelsen vil i det folgende bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedfdyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser den foretrukne utforelsesform for oppfinnelsens anordning,

Fig. 2 viser en inngangspuls til oppfinnelsens anordning,

Fig. 3 viser en sammensatt bolgeform for utgangssignalet fra oppfinnelsens anordning, og

Fig. h viser en annen utforelsesform av oppfinnelsen.

Det skal forst henvises til fig. 1, som viser en stråledeler 11

og et speil 12 som er montert innbyrdes parallelt på en vist monteringsflate i en vinkel 9 i forhold til lysbanen 13 fra en energikilde 1^f. Skjont kilden for den innkommende energi i den foretrukne utforelsesform er vist som en moduslåst laser, vil det være klart at foreliggende oppfinnelse kan anvendes i .forskjellige utforelser sammen med hvilken som helst elektromagnetisk energikilde som avgir en passende inngangspuls. En stråledeler 15 som har samme forhold mellom refleksjonsfaktor og transmisjonsfaktor som stråledeleren 11, og et speil 16 er montert innbyrdes parallelt og i en kinke1 © i forhold til innfallsretningen for lysstrålen 13. Det er klart at stråledelerne 11 og 15 vil være innbyrdes parallelle i den dimensjon som ikke er vist, nemlig vinkelrett på tegningsplanet. Svekningsledd 17 - 22 er anordnet på tvers av hver sin lysbane 23 - 28. - Et speil 29 er anordnet slik at det reflekterer den del av lyspulsen eller strålen i banen 23 som reflekteres fra stråledeleren 15» Speilet 29 er anbragt i en passende vinkel for et formål som senere vil bli beskrevet.

Et eksempel på den bolgeform som kan anvendes for inngangspulsen i henhold til oppfinnelsen, er vist i fig-. 2. Bette er bolgeformen for den stråle som er rettet langs banen 13 fra energikilden 1^. Det sammensatte, utgående stråleknippet eller den sammensatte utgangspuls, som er vist i fig.'3, er bare angitt for anskuelig-gjørelse av de foreliggende forhold. Det vil nemlig vise seg at det foreligger stor frihet ved valg av onsket form for utgangs-pulsen. Et sammensatt, utgående stråleknippe 30 har en bolgeform som utgjor summen av enkelte, utgående delstråler 23' - 28'.

Virkningsmåten for den foretrukkede utforelsesform er som folger: En eneste puls genereres av en passende elektromagnetisk energikilde under anvendelse av konvenjonell teknikk..I det foreliggende tilfelle genererer en moduslås hulromslaser 1<*>+ en puls av størrelses-orden 20 -30 pikosekunder. Pulsen rettes langs banen 13 mot stråledeleren 11, der en del av energien overfores gjennom denne stråledeler til en bane 23, mens resten reflekteres i retning mot speilet 12 for atter å reflekteres i retning mot stråledeleren 11. En viss del av denne energi som reflekteres to ganger, vil bli overfort gjennom stråledeleren til en bane 2h, mens resten atter reflekteres i retning mot speilet 12. Energipulsen langs banen 2h er parallell med pulsen langs banen 23, men forsinket med tiden: der C er lik lysets hastighet og er lengden av lysbanen fra ståledeleren til speilet, idet denne lengde er bestemt ved ligningen:

der Lo er avstanden mellom speilet og stråledeleren.

Det vil innses at inngangspulsen etter 5 refleksjoner vil bli oppdelt i 6 parallelle delstråler eller -pulser, som er likeartet adskilt i tid og rom og opptrer langs baner 23 - 28. Disse pulser kan nå innstilles hver for seg med hensyn på sin intensitet ved hjelp av svekkningsleddene 17 - 22. Stråledeleren 2$. og speilet 16 samvirker for ut fra de parallelle stråleknipper langs banene

23 - 28 atter å danne et eneste utgående stråleknippe 30. Avstanden mellom det annet speil og den annen stråledeler er imidlertid mindre enn avstanden mellom det forste speil og den for ste stråledeler, idet forsinkelsene ville oppheve hverandre <* hvis disse avstander skulle være like, og alle de dannede delpulser ville da forlate anordningen samtidig. Avstanden mellom den annen stråledeler og det annet speil er derfor valgt slik at forskjellen mellom de to tidsforsinkelser er lik det bnskede pulsmeilomrom:

der Lp er lengden av iysbanen mellom stråledeleren 15 og speilet 16. Det bor påpekes at vinkelen for det annet speil og den.annen stråledeler i forhold til innfallsbanen 13 er gjort mindre, således at pulsene atter kombineres i rommet for dannelse av et eneste sammensatt stråleknippe.

Dét utgående stråleknippe 30 er vist i fig. 3 som en sum i tiden

av delstrålene 23' - 28'. Stråleknippet 23' er den del av .stråleknippet langs bane 23 som overfores gjennom stråledeleren 15 samt reflekteres frem og tilbake mellom speilet 16 og stråledeleren til utgangsbanen. Det vil være åpenbart på grunnlag av systemets geometri at denne avledede stråle fra delstrålen langs banen 23 forst kommer til å forlate anordningen, mens delstrålene langs, de folgende baner kommer til-å folge i tur og orden. På bakgrunn av dette bor det være klart at selektiv svekking av delstrålene langs banene 23 - 28, faktisk kan fore til hvilken som helst onsket bolgeform for det utgående strålknippe.

Som et eksempel vil anvendelse av oppfinnelsen uten svekkere

17 - 22 eller med svekkere med likearteåe svekkingsegenskaper resultere i at delstrålene 23' - 28' får samme amplityde. Det sammensatte stråleknippe vil derved nærme seg en skrittfunksjon.

På lignende måte vil valg av svekkere med lineært avtagende svekking fra svekkeren 17 til svekkeren 22 resultere i et sammensatt stråleknippe som nærmer seg sagtannform. På bakgrunn av dette vil oppfinnelsens mangesidighet lett innses. Det bor også være klart at det utgående stråleknippe kan forlenges og formes i tiden ved å forlenge stråle&elerne 11. og 15 samt speilene 12 og 16 i den hensikt å oke antallet parallelle lysbaner som atter skal kombineres. Det utgående stråleknippet kan også gjores periodisk ved at energikilden 1<*>+ aktiveres med passende mellomrom.

De pulser som reflfekteres fra stråledeleren 15 anvendes ikke ved dannelse av det utgående stråleknippet. Fig. 1 viser en kombinasjon hvorved den del av den forste delstråle som reflekteres fra

.stråledeleren 15 og speilet 29, kan anvendes som en diagnosepuls. Denne blokkerte lyspuls kan, da den er meget kort, nærmere bestemt anvendes for å utlose diagnostisk over-våkningsutrustning. I en viss utforelsesform anvendes diagnosépulsen som "blitzlampe" for å belyse de raske prosesser, slik at-de kan fotograferes under en termonukleær reaksjon. Fig.% viser en annen utforelsesform for oppfinnelsen, idet komponenter med samme henvisningstall som i fig. 1, gjelder likeartede komponenter. Den stråle som tubgår fra energikilden ^ k faller inn mot en stråledeler 3"! • der strålen deles i 2 delstråler nemlig (1) en reflektert delstråle i en bane mot speilet 12 og (2) en gjennomfallende delstråle langs en-bane mot en ytterligere stråledeler 32. Det lys som overfores gjennom stråledeleren 32 faller inn mot speilet 16. Geometrien for.speilet 12 i forhold til stråledeleren 31 og for speilet 16 i forhold til stråledeleren 32 er av samme art som den som er angitt for speil/stråledeler-parene i fig. 1. På lignende måte.er geometrien for speil/stråledeler-parene i fig. h i forhold til hverandre og i forhold til energikilden identisk med den som er angitt i den foretrukne utforelsesform. Virkemåten for den utforelsesform som er angitt i fig. h-, er av samme art som for den foretrukne utforelsesf orm, bortsett fra en liten modifisering. Hvis de to stråledelere har forskjellig forhold mellom refleksjOnsfaktor og transmisjonsfaktor, og særlig hvis den forste stråledelers forhold mellom refleksjonsfaktor og transmisjonsfaktor er storre enn for den annen stråledeler, så vil omhy Iling skur. ven for den utgående, sammensatte'puls 33 være bestemt ved formelen:

der a = N loge B. ±/ R2

R^= den forste stråledelerssref leks jonsf aktor R2= den annen stråledelers refleksjonsfaktor N = antallet delpulser i den sammensatte utgangspuls T = lengden av den sammensatte puls

Po =■amplityden for pulsen langs banen 13.

Denne eksponentielt stigende puls er meget onskelig i samband

med laserfusjonen. Ved å velge forskjellige forhoM mellom stråledelernes refleksjonsfaktorer kan forskjellige typer av eksponensielt stigende pulser frembringes.

Virkemåten for dette system kan.anskueliggjøres kvalitativt på folgende måte: Den forste puls i den sammensatte utgangspuls er den som passerer bare en gangsgjennom den- forste stråledeler og siden reflekteres frem og tilbake i det trange rom med lav refleksjonsevne mellom det annet speil og den annen stråledeler.

På grunn av denne lave refleksjonsevne vil den forste puls dempes kraftig. Den siste puls forplanter seg imidlertid bare i d.et rom med hoy refleksjonsevne og storre bredde som foreligger fiellom den forste stråledeler og det forste speil. Denne siste puls utsettes for maksimal forsinkelse og minimal dempning. Den sammensatte puls vil således begynne med liten intensitet, bygges opp til et topp-nivå og siden avta raskt til nullnivået.

Speilet 29 reflekterer en diagnosepuls på samme måte som'i den foretrukkede utforelsesform.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for forming av en elektromangetisk energipuls til onsket bolgeform,karakterisert vedat en forste stråle av elektromagnetisk energi oppdeles i flere • separate delstråler, hvoretter de enkelte, separate delstråler

pulsformes hver for seg og til slutt de enkelte pulsformede delstråler kombineres til et sammensatt stråleknippe.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 ,karakterisert vedat formningen av de enkelte, soparate delstråler omfatter separat, inkrementell tidsforsinkelse av de enkelte delstråler.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den separate formning av de enkelte delstråler omfatter separat dempning av de enkelte delstrålers intensitet. h-.

Anordning for utfdreise av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, for formning av en elektromagnetisk energipuls til onsket bolgeform;karakterisert ved- at den omfatter forste organer (11, 12;31, 12) som ligger i banen for en innfallende stråle (13) av elektromagnetisk energi og er innrettet for oppdeling av den innfallende stråle i direkte og reflekterte, innbyrdes adskilte delstråler (23 - 28), samt andre organer (15, 16; 32, 16) som er anordnet for å motta nevnte flere innbyrdes adskilte delstråler samt reflektere disse langs baner av forskjellig - lengde for dannelse av et sammensatt utgående stråleknippe (30; 33).

5. Anordning som angitt i krav h-, karakterisert vedat de forste organer (11, 12; 31, 12) omfatter et forste stråledelerorgan (11; 31) ved en flate som ligger i banen for en innfallende ståle av elektromagnetisk energi og danner en vinkel med den innfallende stråle, samt et forste reflekterende organ (12^) som er anordnet i nærheten av nevnte flate på det forste stråledelingsorgan og i en stilling for oppfanging av reflekterte delstråler fra dette; og at de andre organene (15, 16; 32, 16) omfatter et annet stråledelerorgan (15; 32) med en flate som ligger i. banen for de delstråler som overfores gjennom det forste stråledelerorgan, samt et annet reflekterende organ (16) som er anordnet i nærheten av det annet stråledelerorgan i en stilling for å motta delstråler fra og rette reflekterte delstråler mot det annet stråledelerorgan, hvorunder innfallende delstråler delvis overfores gjennom det forste stråledelerorgan mot det annet stråledelerorgan og delvis reflekteres fra det forste strålerdelerorgan mot det forste reflekterende organ for å deretter reflekteres tilbake mot det forste stråledelerorgan for delvis overforing til det annet stråledelerorgan og atter delvis reflekteres, hvorunder det forste stråledelerorgansdelvise overforing og delvise refleksjon og det forste reflekterende organs refleksjon virker for oppdeling av den innfallende stråle i flere separate delstråler (23 28) som overfores gjennom det forste stråledelerorgan, mot det annet stråledelerorgan, hvoretter de innbyrdes adskilte delstråler som faller inn mot det annet stråledelerorgan, delvis reflekteres fra det annet stråledelerorgan og delvis overfores gjennom det annet stråledelerorgan mot det annet reflekterende organ for å reflekteres tilbake mot det annet stråledelerorgan for delvis overforing og delvis gjentatt refleksjon, idet refleksjonene mellom det annet reflekterende organ og det annet stråledelerorgan virker for attéæ å kombinere de separate delstråler til et eneste sammensatt stråleknippe (30: 33).

6. Anordning som angitt i krav karakterisert vedat det forste stråledelerorgan (11; 31) er anordnet parallelt med det forste reflekterende organ (12).

7« Anordning som angitt i krav h ellerkarakterisert vedat det annet stråledelerorgan (15; 32) er anordnet parallelt med det annet reflekterende organ (16).

8.Anordning som angitt i krav 6 og 7,karakterisert vedat vinkelstillingen for det annet stråledelerorgan (15; 32) og det annet reflekterende organ (16) i forhold til den innfallende stråle av elektromagnetisk energi er forskjellig fra vinkelstillingen for det forste strålerdelerorgan (11; 31) og det Æorste reflekterende organ (12) i forhold til den innfallende stråle.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert vedat den vinkel som det annet stråledelerorgan 0 5; 32) og det annet reflekterende organ (16) danner med den innfallende stråle av elektromagnetisk energi er mindre enn den vinkel som det forste stråledelerorgan (11; 31 ) og det annet reflekterende organ (12) dannes med den innfallende stråle.

10.Anordning som angitt i krav 5-9?karakterisert vedat det forste stråledelerorgan (31 ) og det annet stråledelerorgan (32) har forskjellig forhold mellom refleksjonsfaktor og transmisjonsfaktor.

11. Anordning som angitt'i krav 10, karakterisert vedat forholdet mellom det forste stråledelerorgans refleksjonsfaktor og transmisjonsfaktor er stdrre enn det tilsvarende forhold for det annet stråledelerorgan (32).

12. Anordning som angitt i krav 5-11, kar akk terisert ved at svekkningsorganet (174 - 22) er innlagt mellom det forste og det annet stråledelerorgan (11 , henhv. 15), hvorunder svekking sorganene er anordnet i sådanne stillinger mellom det forste og det annet stråledelerorgan at de ligger i banen for og- svekker de separate delstråler (2 - 28) som overfores gjennom det forste stråledelerorgan mot det annet stråledelerorgan.

13. Anordning som angitt i krav 5-12, karakteri,sert ved at et tredje reflekterende organ-(29) er anordnet-i banen for og å reflektere den del av en (23) av de separate delstråler (23 - 28) som faller inn mot det annet stråle-delerorgan (15; 32) fra det forste stråle-delerorgan (11; 31) samt reflekteres fra det annet stråle-delerorgan. 1<>>+.

Anordning som angitt i krav 13, karakterisert vedat den delstråle'som mottas s og reflekteres av det tredje reflekterende organ (29) er den reflekterte del av den delstråle (23) som forst faller inn mot det annet stråledelerorgan (15; 32).

15. Anordning som angitt i krav 5?- 1^»karakterisert vedat den omfatter en elektromagnetisk energikilde (1^-) for frembringelse av nevnte innfallende stråle av elektromagnetisk energi.

16. Anordning som angitt i krav 155 kara ktt erisert -v evd at den elektromagnetiske energikilde (1^+) utgjores av en moduslåst hulromslaser.

17. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert vedat den elektromagnetiske energikilde (1<*>+) utgjores av en modelåst laser med elektro-optisk lukker. i