Термоядерные реакторы могут производить собственные топливные таблетки
По мере того, как возникает вопрос о том, как сделать практичный лазерный термоядерный реактор, ученые из Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Университета Рочестера придумали способ для термоядерных лазеров, по сути, производить свои собственные топливные таблетки.
Термоядерный синтез, который воспроизводит ту же реакцию, что и солнце, долгое время считался идеальным источником энергии из-за его потенциала быть безопасным, чистым, дешевым и надежным. С начала 1960-х годов ученые искали возможность использования мощных лазеров для сжатия термоядерного материала достаточно долго и при достаточно высоких температурах, чтобы вызвать воспламенение — точку, в которой результирующая выходная энергия инерционного синтеза больше, чем энергия, доставленная в цель.
В декабре 2022 года ученые из Национального центра зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии совершили прорыв, на создание которого ушло шесть десятилетий: экспериментальный реактор, использующий группу из 192 высокоэнергетических лазеров, сфокусированных в одной точке, ударил по шарику из дейтерия и трития и впервые запустил реакцию термоядерного зажигания (воспламенения).
Хотя это заставило ученых и инженеров отпраздновать достижение, до практического термоядерного энергетического реактора еще далеко.
Однако это не помешало команде из Рочестера под руководством Игоря Игуменшева, старшего научного сотрудника LLE, и Валерия Гончарова, директора теоретического отдела LLE, рассмотреть логистические проблемы, связанные с переносом лазерного термоядерного синтеза из лаборатории в реальный мир.
Одна из самых больших проблем заключается в том, как изготовить топливные таблетки, необходимые для запуска реактора.
В настоящее время такие таблетки изготавливаются с помощью сложного и дорогостоящего процесса, включающего использование жидкого гелия для замораживания дейтерия и трития (радиоактивных изотопов водорода) до температуры всего 11 градусов по Кельвину выше абсолютного нуля и укладывание их слоями для формирования таблеток.
Это может быть хорошо для лабораторного эксперимента, которому не нужно беспокоиться о подведении баланса, но работающему термоядерному реактору потребуется около миллиона таких топливных таблеток каждый день.
Итак, команда из Рочестера развивает идею, впервые предложенную в 2020 году, по созданию метода, при котором лазеры в реакторе создают свои собственные топливные таблетки в лазерном взрыве перед воспламенением.
Вместо твердых гранул ученые вводили дейтерий и тритий в пенопластовые капсулы. Хитрость заключается в том, что когда массив лазеров стреляет в капсулу, лучи заставляют капсулу коллапсировать в сферу с той же плотностью, что и жидкое дейтериево-тритиевое топливо, которое затем взрывается.
На данный момент процесс представляет собой лишь уменьшенное доказательство концепции с использованием лазера LLE OMEGA. Тем не менее, ученые утверждают, что будущие лазеры с более длинными и более энергичными импульсами должны быть в состоянии довести новые капсулы до воспламенения.
«Этот эксперимент продемонстрировал осуществимость инновационной концепции мишени, подходящей для доступного массового производства энергии инерционного синтеза», — сказал Игорь Игуменшев.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.