Ученые использовали нетрадиционный метод создания ядерного синтеза для получения рекордного всплеска энергии мощностью более 10 квадриллионов ватт, пустив интенсивные лучи света из самых больших в мире лазеров на крошечную гранулу водорода.
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Северной Калифорнии заявили, что они сфокусировали 192 гигантских лазера на грануле размером с горошину в Национальной установке зажигания (NIF), что привело к высвобождению 1,3 мегаджоулей энергии за 100 триллионных долей секунды - примерно 10% энергии солнечного света, который падает на Землю каждое мгновение, и около 70% энергии, которую производит гранула. Ученые хотят в один прекрасный день достичь точки безубыточности или "воспламенения" гранулы, когда она будет выделять на 100% или больше энергии, чем поглощать.
Выработка энергии значительно превышает прогнозы экспертов и намного превосходит их предыдущий рекорд в 170 килоджоулей, установленный в феврале.
Учёные ожидают, что полученные результаты улучшат их возможности по изучению оружия ядерного синтеза, что является основной задачей NIF, и что они приведут к новым способам получения энергии от ядерного синтеза, который приводит в движение Солнце и другие звезды. Ядерный синтез, по мнению некоторых экспертов, однажды может стать относительно безопасным и долгосрочным методом получения энергии на Земле.
В своем заявлении директор Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса Ким Будил сказал: "Это достижение является историческим шагом вперед для исследований в области инерциального термоядерного синтеза, открывающим принципиально новые условия для исследований и развития наших основных целей национальной безопасности".
Гигантский лазер
Ядерное деление, при котором энергия вырабатывается путем расщепления тяжелых ядер таких материалов, как уран и плутоний, на более легкие ядра, используется на современных атомных электростанциях. Но звезды могут генерировать еще больше энергии за счет ядерного синтеза - процесса слияния легких ядер для получения более тяжелых элементов.
В звездах могут сгорать различные элементы, включая углерод и кислород, но слияние водорода в гелий является их основным источником энергии. Поскольку звезды настолько массивны и обладают огромной гравитацией, синтез происходит при чрезвычайно высоком давлении внутри них.
В большинстве наземных проектов по получению энергии от термоядерного синтеза, таких как масштабный проект ИТЭР во Франции, используется токамак - камера в форме пончика, в которой под воздействием сильного магнитного поля находится узкая плазма горячего нейтронно-тяжелого водорода.
Ученые и инженеры пытаются получить устойчивый ядерный синтез в токамаках уже более 60 лет, но с относительно небольшим успехом. Согласно недавнему исследованию Live Science, некоторые эксперты считают, что они смогут поддерживать термоядерный синтез в токамаках в течение нескольких лет. (По данным ИТЭР, это произойдет не ранее 2035 года).
Одним из немногих подходов к достижению ядерного синтеза без использования токамака является метод, разработанный в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора.
Вместо этого NFI фокусирует лазерные лучи на гранулах водородного топлива в сферической металлической "целевой камере" шириной 33 фута (10 метров) с помощью массива лазерно-световых усилителей размером с три футбольных поля. Эти лазеры являются самыми мощными в мире и способны генерировать до 4 мегаджоулей энергии.
Изначально метод был разработан для того, чтобы ученые могли изучать поведение водорода в термоядерном оружии - так называемых водородных бомбах, но ученые считают, что он также может найти применение для получения энергии от ядерного синтеза.
Термоядерная энергия
Хотя установка NIF не может быть использована в термоядерной электростанции, поскольку ее лазеры могут срабатывать только раз в день, а электростанция должна ежесекундно расплавлять множество топливных таблеток, существуют планы по усовершенствованию процесса, чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным.
Физик плазмы Зигфрид Гленцер из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете, который ранее работал в Ливерморском центре, но не участвовал в новом исследовании, сообщил газете The New York Times, что ученые SLAC работают над созданием менее мощной лазерной системы, которая могла бы стрелять гораздо быстрее.
Гленцер ожидает, что энергия ядерного синтеза станет более значимой в усилиях по замене ископаемого топлива, в которых в последние годы доминируют солнечная энергия и другие технологии. В статье в Times он отметил: "Это очень обнадеживает нас - создать на планете источник энергии, который не будет выделять CO2".
Стивен Боднер, физик, который раньше возглавлял исследования лазерной плазмы в Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, но сейчас находится на пенсии, критически относится к некоторым аспектам конструкции NIF. Однако он признает, что результаты его поразили, поскольку они приближаются к "зажиганию" гранулы - точке, в которой она излучает столько же или больше энергии, чем поглощает. Они подошли достаточно близко к зажиганию и безубыточности, и это успех", - сказал Боднер в интервью газете "Нью-Йорк Таймс".
Хотя Боднер отдает предпочтение другой конструкции, "она демонстрирует скептикам, что в концепции лазерного синтеза нет ничего принципиально плохого", - сказал он. "Пришло время для США двигаться вперед с крупной энергетической программой лазерного синтеза".
Понравилась статья? Поставь лайк, и подпишись на канал чтобы читать о самых интересных вещах!!
