Исследователям из США удалось преодолеть ключевую проблему, с которой неизбежно сталкиваются все учёные, работающие над созданием реакторов термоядерного синтеза. Одна из статей последнего выпуска журнала «Nature» была посвящена результатам исследования, в рамках которого учёные из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) продемонстрировали, что в ходе термоядерных реакций возможно производить энергию, объем которой превысит объемы энергии переданной топливу. Использование термоядерных реакций в качестве источника энергии –по-прежнему остается долгосрочной перспективой, однако последнее достижение – это важный шаг к этой цели.
Ядерный синтез – это процесс, который «снабжает» энергией Солнце и миллиарды других звезд во Вселенной. Если учёным удастся «освоить» этот процесс, то он мог бы стать неограниченным источником чистой энергии, поскольку «сырья» для него более чем достаточно, к тому же в ходе него не происходит выделение углекислого газа.
Во время реакций ядерного синтеза, мелкие атомы объединяются в более крупные, испуская при этом огромное количество энергии. Для достижения этой цели на Земле, учёные должны воссоздать условия, аналогичные тем, что происходят в центре Солнца, то есть воссоздать очень высокой деление и температуру.
Есть два способа достижения этой цели: первый– импульсное сдерживание реакции (Inertial Confinement Fusion (ICF) — предусматривает использование лазеров; второй – магнитный термоядерный синтез (Magnetic Сonfinement Fusion (MCF) – применение магнитов.
Omar Hurricane и его коллеги из Lawrence Livermore National Laboratory отдали предпочтение первому способу – ICF. Учёные при помощи 192 высокоэнергетических лазеров в установке National Ignition Facility, специально созданной для проведения экспериментов с термоядерными реакциями, воссоздали необходимую для проведения эксперимента температуру и давление.
Проведение стандартной реакции ядерного синтеза в National Ignition Facility предусматривает тщательную подготовку, на которую уходит несколько недель. Сама же термоядерная реакция длится не более 1 миллиардной секунды (150 микосекунд). В тот момент в ядре реакции создается давление, которое более чем в 150 млрд. раз превышает атмосферное. А температура и плотность воссозданной плазмы почти в 3 раза больше, нежели в центре Солнца.
Важнейшей частью этого эксперимента, ставшей настоящей проблемой для команды Hurricane, является капсула, размещённая внутри Hohlraum, диаметром порядка 2 мм, внешний слой которой представлен полимером, а внутренний – замороженными изотопами водорода (дейтерием и тритием).
В ходе эксперимента капсула была помещена в золотой цилиндр Hohlraum, сквозь отверстия которого проходило 192 лазера. Излучение от почти двух сотен лазеров приводит к тому, что внутренние стенки капсулы испускают рентгеновские лучи, которые, в свою очередь, равномерно её нагревают. Как результат, содержимое капсулы сжимается, что приводит к реакции ядерного синтеза. По словам Debbie Callahan, соавторп исследования, как только запускаются лазеры, капсула сжимается более чем в 35 раз, что соизмеримо сжатию баскетбольного мяча до размеров горошины.
В результате сжатия давление и температура повышается, что и приводит к реакции ядерного синтеза. «Загвоздку» этого процесса удалось преодолеть ещё в сентябре прошлого года, когда впервые Hurricane удалось добиться, чтобы в результате реакции ядерного синтеза выделилось больше энергии, нежели изначально было передано топливу.
Несмотря на то, что Hurricane добился, чтобы энергетическая производительность реакции термоядерного синтеза была больше энергии водородного топлива, участвующего в реакции, она все ещё более чем в 100 раз меньше полной энергии, помещённой в систему, большая часть из которой представлена лазерами.
По словам Hurricane, проблема в том, что на данный момент растраты установкой энергии на реализацию одного импульса значительно больше количества энергии, поступающего в капсулу с топливом.
Hurricane намерен и дальше работать в этом направлении и во что бы то ни стало добиться «зажигания», при котором ядерный синтез генерирует столько энергии, сколько затрачивается на поставку лазеров. Только после этого можно будет говорить о создании реакторов термоядерного синтеза.
Учёные пытаются «приручить» термоядерную реакцию на протяжении более полувека, однако успехи оставляют желать лучшего.
