Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса в январе 2022 года заявила, что им удалось получить режим «горящей плазмы» при термоядерном синтезе.
Эксперимент был проведен на установке NIF -National Ignition Facility.
В этом устройстве мишень с термоядерным топливом облучается 192 мощными лазерами.
Кроме «горящей плазмы» эксперименты на установке NIF подтвердили возможность термоядерного синтеза, при котором плазма сжимается и нагревается и, следовательно, выделяет собственное тепло.
В статье в Nature (см. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04281-w) американский физик Зилстра (американский ученый Алекс Зилстра - ALEX B. ZYLSTRA - Physics, Pomona College, 2009, Physics, Massachusetts Institute of Technology 2015) и соавторы показывают, что при лазерном подходе к термоядерному синтезу, при котором плазма сжимается и нагревается, плазма может дополнительно нагреваться за счет самой реакции синтеза. А это означает, что сделан большой шаг к самоподдерживающейся реакции синтеза.
В Национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии команда Зилстра создала горящую плазму, используя изотоп водорода дейтерий, который можно извлечь из морской воды, и тритий, который можно получить в реакторе.
Источник: https://www.nature.com/articles/d41586-022-00124-4
В горящей плазме частицы, образующиеся при слиянии ядер, становятся основным источником нагрева плазмы. Четыре эксперимента, в которых участвовал Зилстра, сгенерировали более 100 килоджоулей энергии. В одном случае авторам удалось получить 170 кДж энергии из сферы размером в миллиметр, содержащей менее одного миллиграмма изотопов водорода.
Эта полость, известная как хольраум, содержит сферическую капсулу, содержащую дейтерий–тритиевое топливо. Рентгеновские лучи равномерно нагревают внешние области капсулы, заставляя ее быстро расширяться и заставляя топливо ускоряться внутрь. В течение десяти миллиардных долей секунды топливо и капсула сжимаются до многих тысячных долей своего объема, а температура в центре достигает 50 миллионов кельвинов (эквивалент 49 999 726.85 градусов по Цельсию).
Перевести кельвины в градусы можно здесь - https://allcalc.ru/converter/kelvin-celsius
Эти процесс приводит к слиянию изотопов водорода, образуя нейтрон и α-частицу, которая является ядром атома гелия. Α-частицы сталкиваются с плазмой, нагревая топливо. Благодаря тщательному анализу Зилстра пришел к выводу, что его плазма находилась в режиме самонагрева α-частиц.
Теперь задача состояла в том, чтобы добавить кинетической энергии к взрывающемуся топливу, чтобы создать массивную горячую точку для поддержания термоядерной реакции.
Материал высокой плотности обеспечивает лучшее поглощение рентгеновского излучения. В результате капсула того же размера может вмещать больший объем топлива, что делает ее более эффективной при формировании центральной горячей точки, чем капсулы из других материалов.
Зилстра и др. использовали два приема для оптимизации своего эксперимента. Первый - это изменение длины волны лазерных лучей. Второй заключался в изменении формы хольраума с простого цилиндра на форму тупого колокола.
Авторы уверены, что дальнейшее повышение производительности приведет к созданию воспламененной плазмы, в которой выходная мощность термоядерного излучения превысит все механизмы потерь.
Сейчас коэффициент усиления плазмы равен 0,7 (коэффициент усиления представляет собой отношение выходной энергии к входной лазерной энергии).
Эксперименты, которые описаны в вышеупомянутой статье, будут иметь значение также и для национальной безопасности, поскольку NIF финансируется в рамках ядерной программы США. Остается неясным, приведет ли это исследование к созданию жизнеспособного источника гражданской энергии в будущем.
И еще один вопрос: что дальше? Когда американцы смогут построить термоядерную электростанцию? Похоже, нескоро.
То есть пока действует закон Природы: «До термоядерной электростанции всегда остается 30 лет».
Если вам понравился материал, то оцените его и не забудьте подписаться на канал. Спасибо за внимание!
https://zen.yandex.ru/id/5ffb100597f80a7d5066acc9?lang=ru&clid=300
