От ITER’а к настольному реактору: новый инструмент для изучения термоядерного синтеза
Настольный реактор улучшает синтез дейтерия
С давних пор человечество мечтает приручить энергию звезд — термоядерный синтез. Грандиозные проекты вроде международного экспериментального реактора ИТЭР, поражающего воображение своим масштабами и бюджетом, долгие годы олицетворяли единственный путь к этой цели. Но что если к этой сложнейшей задаче можно подойти иначе — не гигантскими магнитами или лазерами, а с помощью изящного, компактного и, что самое главное, доступного для университетской лаборатории прибора? Исследователи из Университета Британской Колумбии во главе с Кертисом Берлингетте предложили именно такой альтернативный путь. Их настольный реактор, хотя и не дает никакой полезной энергии, открывает новую эру в исследованиях в одном из самых сложных направлений в физике.
Суть работы канадских ученых заключается не в попытке получить больше энергии, чем было затрачено, а в создании надежного, контролируемого и воспроизводимого инструмента для изучения фундаментальных процессов термоядерного синтеза. Установка, названная Thunderbird, представляет собой гибрид двух систем: компактного ускорителя частиц и электрохимической ячейки.
Методология эксперимента была последовательной и тщательно продуманной. Сначала установка направляла пучок ионов дейтерия (дейтронов) в мишень из палладия — металла, известного своей исключительной способностью поглощать и удерживать водород и его изотопы. На этом этапе фиксировалась базовая, стабильная скорость реакции синтеза, о чем свидетельствовал поток нейтронов — продукт слияния ядер дейтерия (D-D-реакция).
Затем, не меняя параметров пучка, ученые активировали электрохимическую ячейку, заполненную тяжелой водой (D₂O). Это позволило электрохимическим способом «накачать» в кристаллическую решетку палладия дополнительное количество дейтерия, существенно повысив плотность топлива внутри мишени. Результат был четким и однозначным: поток нейтронов возрос на 15%, что прямо указывало на увеличение скорости термоядерных реакций благодаря возросшей плотности.
Крайне важно, что авторы дистанцируют свое исследование от спорной истории с холодным синтезом. Они подчеркивают, что их подход основан на хорошо изученной физике пучкового синтеза в твердых телах, где реакции инициируются частицами с энергией в килоэлектронвольты. В отличие от заявлений о холодном синтезе, где главным аргументом часто были спорные измерения тепла, здесь используется бесспорный ядерный сигнал — нейтроны, спектр и количество которых тщательно измеряются и отделяются от фонового излучения. Это обеспечивает высочайший уровень достоверности и воспроизводимости.
Ключевое преимущество данной установки — ее доступность. В то время как крупные проекты требуют миллиардных бюджетов и десятилетий на строительство, настольный реактор может быть собран и запущен силами небольшой университетской группы за относительно скромные средства. Это не инструмент для решения энергетических проблем, а мощная научная платформа. Он позволяет быстро и дешево проверять гипотезы, связанные с влиянием различных материалов (ниобия, титана), текстуры поверхности и геометрии мишени на процесс синтеза.
Потенциальные применения таких технологий выходят за рамки энергетики. Методы эффективного «уплотнения» водорода в металлах крайне важны для материаловедения, в частности, для поиска и изучения новых сверхпроводящих материалов — металлогидридов, которые проявляют свои уникальные свойства при высоких давлениях и концентрациях водорода.
Таким образом, работа группы Берлингетте знаменует собой важный сдвиг парадигмы. Она не предлагает готового решения для чистой энергии, но открывает двери для нового, более открытого подхода к исследованиям термоядерного синтеза. Делая передовую физику доступной для широкого круга ученых, она ускоряет накопление знаний и, возможно, приближает тот день, когда управляемый синтез из мечты станет реальностью.