Термоядерная реакция впервые выдала больше энергии, чем поглотила

12 декабря, 2021 - 14:57

Физики из Ливерморской национальной лаборатории (США) достигли важной вехи в развитии технологии термоядерного синтеза — впервые термоядерная реакция дала рекордный выход энергии в 1,35 мегаджоуля и впервые выделенной энергии оказалось больше, чем было потрачено на запуск синтеза. Об этом исследователи рассказали на прошедшей в Питтсбурге конференции, посвященной физике плазмы.

«Этот результат — исторический шаг в исследовании инерциального управляемого синтеза, открывающий фундаментально новый режим в изучении и разработке важнейших программ национальной безопасности. Также это свидетельство инновационности, изобретательности, преданности и выдержки команды и многих ученых в этой области, которые на протяжении десятков лет упрямо преследовали эту цель», — сказал Ким Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.

Суть инерциального термоядерного управляемого синтеза заключается в нагреве капли топлива, состоящего из дейтерия и трития, которая помещается в крошечную капсулу из золота. Затем в нее выстреливают мощными лазерными лучами, которые преобразуются в рентгеновское излучение и мгновенно разогревают капсулу до 100 млн градусов Цельсия и сжимают до более 100 млрд атмосфер, превращая в плазму. Цель этого процесса — добиться термоядерной реакции, которая даст выход большему количеству энергии, чем было потрачено на ее запуск.

Эксперимент, состоявшийся 8 августа, совсем немного не дошел до этой отметки: энергия 192 лазеров составила 1,9 МДж, а выход энергии — 1,35 МДж. Производительность составила 70%. Но результат все равно чрезвычайно важный, поскольку, согласно замерам ученых, капсула абсорбировала в пять с лишним раз меньше энергии, чем сгенерировала в процессе синтеза. Добиться этого удалось впервые.

Это результат тщательно выверенных параметров эксперимента, конструкции капсулы, повышения точности лазеров, новых диагностических инструментов. Эти и другие изменения привели к повышению скорости взрыва капсулы, что дало больше энергии, которая передалась в центр плазмы, в котором происходит реакция синтеза, рассказывает Science Alert.

Команда, работающая над технологией, показывает с каждой новой серией опытов все более интересные результаты. Выход энергии в последнем эксперименте был в 8 раз больше, чем в серии экспериментов за несколько месяцев до этого, и в 25 раз больше, чем в экспериментах, проведенных в 2018 году. Очевидно, что это огромное достижение.

Команда планирует повторить свое достижение, чтобы убедиться, что полученные результаты не случайны. Вторая цель — понять, возможно ли дальнейшее повышение производительности процесса и если да, то за счет чего. Сейчас много энергии теряется, когда лазерный свет превращается в рентгеновское излучение внутри камеры. Помимо этого значительная часть энергии уходит на нагрев стенок капсулы до наступления взрыва. Если ученые поймут, как эти процессы можно ускорить или оптимизировать, то это приблизит нас к экономически выгодному термоядерному синтезу.

Недавно ученые Исследовательской лаборатории ВМФ США отчитались о новом шаге к доступной электроэнергии из водорода. Они разработали широкополосную ультрафиолетовую лазерную систему на основе фторида аргона для испытаний в установке инерциального термоядерного управляемого синтеза.