Новый эксперимент ставит исследователей на порог термоядерного зажигания

В последнее время в области термоядерного синтеза произошли некоторые захватывающие достижения: ученые продемонстрировали, как топливо можно нагреть до температур, необходимых для протекания необходимых реакций. Все работают над версией технологии, в которой энергии, генерируемой в результате этих реакций, будет достаточно для поддержания последовательности — явление, известное как термоядерное зажигание, что поможет достичь синтеза неограниченной чистой энергии.

«Исключительные результаты» экспериментов с необычайно мощным лазером только что значительно приблизили нас к этой цели.

Внутри 10-этажного здания размером с три футбольных поля в National Ignition Facility Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии находится массив из 192 лазеров, которые в совокупности могут доставить 1,9 мегаджоулей ультрафиолетовой лазерной энергии в крошечную камеру в центре. Эти импульсы происходят за миллиардную долю секунды, но сконцентрированные на цели в центре камеры, они могут создавать огромные температуры и давления, которые могут запустить энергетическую революцию.

Как и во всех экспериментах по ядерному синтезу, идея состоит в том, чтобы воссоздать реакции, которые постоянно происходят внутри Солнца, где экстремальные температура и давление объединяются, чтобы вызвать синтез отдельных атомов в гелий, что в результате высвобождает огромное количество энергии. Подход, применяемый учеными, известен как термоядерный синтез с инерционным удержанием, и с тех пор, как он был введен в эксплуатацию в 2009 году, мы стали свидетелями того, как физики сделали несколько важных шагов вперед.

Они начались с попадания в цель лазером в один мегаджоуль и демонстрации контроля над рассеивающими лучами в 2010 году, а затем в 2012 году был произведен рекордный лазерный выстрел мощностью 500 триллионов ватт. Большой прорыв произошел в 2014 году, когда команда NIF продемонстрировали одноразовый «прирост топлива», когда лазеры фокусировались на крошечной пластиковой капсуле, заполненной дейтерием и тритием, создавая реакцию, которая выделяла больше энергии, чем было вложено.

Это было важной вехой на пути к термоядерному зажиганию, когда реакции синтеза должны были создать плазму, достаточно горячую, чтобы вызвать эффект убегания, при котором реакции происходят снова и снова в самоподдерживающемся цикле. Как сообщает журнал Science, команда NIF с тех пор приступила к экспериментам, дающим 100 кДж, а один даже 170 кДж, приближаясь к своей цели.

Теперь ученые заявляют о значительном скачке вперед: эксперименты, проведенные в начале августа, позволили достичь мощности более 1,3 мегаджоулей. Работе еще предстоит пройти рецензирование, процесс, который поможет разобраться в технических причинах этого огромного успеха, но первоначальный анализ указывает на восьмикратное улучшение по сравнению с последним раундом экспериментов — физики стали намного ближе к цели термоядерного зажигания.

На этом этапе исследователи указывает на улучшения конструкции корпуса, удерживающего топливную капсулу, повышение точности лазера и настройки, которые увеличивают энергию в сочетании с реакциями, как причины успеха. Планы следующих экспериментов уже находятся в разработке, и ожидается, что они состоятся в ближайшие месяцы.