Ядерный синтез, процесс, благодаря которому «горят» звёзды, требует экстремальных тепла и давления, чтобы дать атомам достаточно энергии для преодоления электростатического отталкивания между их положительно заряженными ядрами, чтобы они могли сливаться и выделять энергию.
Обычное топливо для реализации управляемого синтеза в реакторах состоит из смеси тяжёлых изотопов водорода дейтерия и трития, которые могут объединяться для получения гелия. Энергия, которую высвобождает этот процесс, может быть использована для производства электроэнергии.
В отличие от ядерного деления — процесса, используемого сегодня на всех атомных электростанциях, — термоядерный синтез не использует и не генерирует больших количеств долгоживущих радиоактивных материалов. И в отличие от деления, термоядерный синтез не включает цепную реакцию, что делает его по своей сути более безопасным: любые изменения условий работы термоядерного реактора приведут к его автоматическому отключению в одно мгновение.
Многие научные группы по всему миру работают над тем, чтобы обуздать процесс термоядерного синтеза. В отличие от атомных реакторов, в которых деление происходит при температурах чуть более 700 °С, слияние дейтерия и трития (D-T) начинается при температурах около 100 миллионов °С — горячее, чем в центре Солнца. Один из подходов удержания плазмы в таких условиях состоит в том, чтобы ограничить её магнитными полями в форме пончика внутри токамака.
Инерционный термоядерный синтез подразумевает удержание плазмы на короткое мгновение после того, как процесс запускается сверхбыстрым сжатием топлива. Это создает очень короткий выброс энергии — крошечный термоядерный взрыв — прежде чем горящее топливо расширится и рассеет свое тепло. Ещё в 1970-х годах стало понятно, что теоретически с помощью лазеров можно запускать термоядерный синтез в крошечных объёмах.
Проблема заключалась в том, что мощности лазеров не хватало, из-за чего приходилось использовать очень много дополнительной энергии для нагрева.
Совсем недавно команде научного комплекса для осуществления инерциального термоядерного синтеза (National Ignition Facility, NIF) с помощью 192-х мощных лазеров удалось создать плазму, в которой сами реакции синтеза обеспечивают бóльшую часть нагрева. Лазеры были сфокусированы в камере, называемой hohlraum, которая имеет размер и форму ластика карандаша и содержит топливную капсулу из дейтерия и трития.
Энергия лазера нагревает и испаряет внешний слой капсулы, сдувая его и создавая давление, которое сжимает и нагревает топливо в центре. В методе NIF лазерные лучи не вызывают непосредственную детонацию, а вместо этого ударяют по внутренней поверхности hohlraum, высвобождая поток рентгеновских лучей, сжимающих капсулы, внутри крошечной камеры.
Всё это происходит в течение 100 триллионных долей секунды, после чего энергия плазмы рассеивается. Да, работы ещё очень много, но интересно, что понадобилось полвека прежде, чем технологии (в данном случае лазерные) достигли такого уровня развития, чтобы можно было на практике проверить разработанную теорию.
Судя по тому, что в последние годы происходит всё больше таких вот проверок теорий, в ближайшие лет 10-15 нас вполне могут ждать серьёзные технологические и научные прорывы. Согласитесь, было бы неплохо.
Оглавление канала
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.
