Перспектива получения практически безграничной и чистой энергии благодаря термоядерному синтезу – процессу, питающему Солнце, – стала значительно ближе. Успешный эксперимент на установке National Ignition Facility в США, где в декабре 22-го года впервые удалось получить больше энергии, чем было затрачено, вызвал всплеск интереса и инвестиций в эту отрасль по всему миру. Термоядерный синтез рассматривается как надежный и экологичный источник энергии, способный в будущем дополнить солнечную и ветровую генерацию.
Один из перспективных методов – инерциальный термоядерный синтез, при котором мощнейшие лазеры сжимают капсулу с топливом (смесью дейтерия и трития) до плотности, в сотни раз превышающей плотность твердых тел. В ходе этого процесса вещество за триллионные доли секунды проходит через несколько состояний, включая уникальное – так называемое «теплое плотное вещество». Эта фаза, сочетающая в себе свойства твердого тела, жидкости и плазмы, но не являющаяся ни одним из них, крайне сложна для теоретического описания и моделирования. Существующие методы либо слишком упрощены и неточны, либо требуют колоссальных вычислительных мощностей, что ограничивает их применение.
Решение этой сложнейшей задачи предложили исследователи из Кильского университета, Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф и Ростокского университета в Германии. Они разрабатывают многоуровневую систему моделирования, которая объединяет сильные стороны различных подходов. В основе лежат наиболее точные квантовые симуляции «из первых принципов» – они невероятно сложны, но дают эталонные данные о поведении вещества на атомном уровне.
Эти эталонные данные затем используются для калибровки и улучшения других, более масштабных, но менее точных симуляционных моделей. Такой «умный» комбинированный подход позволяет создать целостную и, что самое главное, достоверную картину процессов, происходящих внутри термоядерной мишени. Фактически, это создает «виртуальный полигон» для проверки и отладки технологий синтеза.
Конечная цель этих разработок – создание по-настоящему прогностических симуляций, способных с высокой точностью предсказывать результаты экспериментов по инерциальному синтезу. Это позволит ученым и инженерам значительно ускорить проектирование и оптимизацию будущих термоядерных электростанций, приближая эру чистой и безопасной энергетики.