Физики обнаружили, что в реакциях синтеза ионы ведут себя иначе, чем ожидалось

Исследователи недавно сделали важный шаг на пути к термоядерному синтезу, создав саморазогревающуюся «горящую плазму», и теперь более внимательное изучение этой плазмы выявило странное, необъяснимое поведение ионов внутри нее.

Ученые из National Ignition Facility (NIF) занимаются ядерным синтезом с 2009 года, используя массив из 192 лазеров для стрельбы высокоэнергетическими импульсами по топливной капсуле размером с шарикоподшипник. Эта гранула топлива состоит из дейтерия и трития, и ее уничтожение внезапным и сильным нагревом заставляет отдельные атомы сливаться в гелий, высвобождая при этом огромное количество энергии.

В идеале исследователи термоядерного синтеза хотели бы, чтобы эти термоядерные реакции служили источником энергии, отказавшись от лазеров и заставив эти столкновения сами стать самоподдерживающимся источником энергии.

В январе этого года ученые из NIF опубликовали исследование, в котором подробно описали важные шаги на пути к этой мечте, изменив свою технику для создания самовоспроизводящейся «горящей плазмы» (самоподдерживающейся реакции).

Хотя горящая плазма существовала всего лишь наносекунды, исследование было первым в этой области и важным достижением в области исследований термоядерного синтеза, известной как термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF).

Новый анализ горящей плазмы теперь показал, что она ведет себя неожиданным образом, а ионы внутри нее имеют более высокую энергию, чем предполагалось в моделях.

«Это означает, что ионы, подвергающиеся синтезу, имеют больше энергии, чем ожидалось, в наиболее эффективных выстрелах, что не предсказывается или не может быть предсказано нормальными кодами радиационной гидродинамики, используемыми для моделирования имплозии ICF», — сказал Аластер Мур, ведущий автор новой статьи.

Ученые сравнивают неожиданное, высокоэнергетическое поведение ионов с эффектом Доплера, когда вы можете слышать изменение звука полицейской сирены, когда машина приближается, проезжает мимо и затем уезжает вдаль.

По словам исследователей, необходимы более продвинутые симуляции, чтобы должным образом конкретизировать действующие процессы, и это может дать ключевую информацию для дальнейшего проектирования термоядерных установок.

«Понимание причины такого отклонения от гидродинамического поведения может быть важно для достижения надежного и воспроизводимого зажигания», — заключили ученые.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.