Вчені вперше отримали від керованої реакції термоядерного синтезу трохи більше енергії, ніж було поглинуто паливом

Вчені вперше в ході керованої реакції термоядерного синтезу отримали на 1% більше енергії, ніж було витрачено на її ініціацію. Це важливе досягнення на шляху до оволодіння технологією, яка вирішить енергетичні проблеми людства.

З допомогою набору самих потужних лазерів NIF (National Ignition Facility) американської Ліверморської національної лабораторії, вчені вперше отримали від керованої реакції термоядерного синтезу трохи більше енергії, ніж було поглинуто паливом. За словами вчених, це важлива символічна віха, яка зміцнює віру в те, що людству вдасться опанувати практично невичерпним джерелом енергії.

Зрозуміло, до кінцевої мети ще далеко: запалювання і підтримання стабільної реакції, що видає величезну кількість енергії, поки залишається віддаленою перспективою. Тим не менш, керівник проекту з вивчення високоенергетичних рентгенівських імпульсів в Sandia National Laboratory Марк Херрманн зазначив, що це важливий крок на шляху до запалення продуктивної реакції.

Управління термоядерної реакцією виявилося надзвичайно важким справою. Проблема в тому, що необхідно управляти надзвичайно складним робочим тілом: плазмою, нагрітої до температури в мільйони градусів. Вчені з різних країн досліджують різні способи підтримки термоядерної реакції, наприклад дослідна установка ITER, що будується на півдні Франції, буде утримувати плазму магнітними полями всередині реактора тороїдальної форми.

В ході звичайної ядерної реакції енергія виділяється в результаті ядерного розпаду дуже важких атомних ядер, наприклад, урану. При термоядерному синтезі, енергію утворюється в результаті злиття легких ядер, наприклад водню. Під час такої реакції крихітна частина маси окремих атомних ядер водню перетворюється в енергію. Саме термоядерний синтез живить зірки, в тому числі і наше Сонце.

Мішень з хольраумом, готова до «обстрілу» лазерами

Для запалювання термоядерної реакції необхідно застосувати значна кількість енергії, щоб подолати сили електростатичного відштовхування атомних ядер і зблизити їх один з одним. У NIF ця енергія забезпечується впливом 192 потужних лазерів, які опромінюють золотий циліндричний паливний контейнер розміром з горошину. Цей контейнер, названий хольраум, містить піщинку палива: найтонший шар з дейтерію і тритію. Хольраум поглинає енергію лазерів і повторно випромінює її у вигляді рентгенівських променів, частина яких поглинається капсулою палива. При цьому зовнішній пластиковий корпус хольраума вибухає, і сила вибуху стискає легені атомні ядра до такої міри, що цього достатньо для запуску термоядерного синтезу.

Геометрія хольраума з капсулою всередині. Це модель паливної філії для майбутніх термоядерних реакторів

На жаль, до цих пір велика частина енергії лазерів поглиналась хольраумом, а не пластиковою оболонкою, що призводило до її нерівномірного і менш інтенсивному випаровуванню. У підсумку хольраум поглинав занадто багато енергії – набагато більше, ніж давала термоядерна реакція на виході.

Щоб вирішити цю проблему, вчені перенастроювали лазер, щоб доставити більше енергії на початку імпульсу. Це призводить до більш інтенсивному нагріванню хольраума і «розбухання», пластикової оболонки. В результаті пластикова оболонка стає менш схильною до нерівномірного випаровуванню і менше порушує протягом термоядерного синтезу.

В результаті дослідники змогли досягти позитивного виходу енергії на рівні 1,2-1,9 від витраченої, причому більша частина виробленої енергії була отримана в ході самонагрівання палива випромінюванням, що є важливою умовою підтримання стабільної керованої реакції синтезу. Раніше ні в одній лабораторії не вдавалося досягти подібного результату. Незважаючи на те, що позитивний вихід енергії склав лише на 1% більше витраченої на запалювання синтезу, – це великий успіх.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *