Физика

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.

Источник
Nature (2025)
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Back to top button