Ученые приблизились к управляемому ядерному синтезу

Международная группа ученых предприняла очередную попытку добиться контролируемого ядерного синтеза.

Именно этот процесс, к слову, лежит в основе активности Солнца и других звезд; гипотетически он способен дать миру бесконечный и экологически чистый вид энергии.

Научная группа во главе с учеными и инженерами из Калифорнийского университета в Сан-Диего и General Atomics разработала новую технологию, которая позволяет установить, куда поступает энергия в ходе процесса под названием быстротечное воспламенение — подход для запуска реакций ядерного синтеза с использованием высокоинтенсивного лазера. Визуализация потоков энергии позволяет ученым испытывать в ходе экспериментов разные методы усовершенствования поставок энергии к топливной цели.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Быстротечное воспламенение состоит из двух фаз для запуска ядерного синтеза. Сначала сотни лазеров сжимают термоядерное горючее (обычно это смесь дейтерия и трития, помещенная в сферическую пластиковую капсулу) для достижения высокой плотности. Затем высокоинтенсивный лазер поставляет энергию для быстрого нагрева (воспламенения) сжатого топлива.

Ученые называют быстротечное воспламенение многообещающим подходом для управляемого ядерного синтеза, поскольку с этим подходом требуется меньше энергии.

Однако для успешного быстротечного воспламенения ученым необходимо решить задачу: как направить энергию от высокоинтенсивного лазера в самую плотную область топлива.

Это была основная проблема исследования с самого начала, когда идею быстротечного воспламенения впервые предложили, заявил профессор механического и аэрокосмического инжиниринга Фархат Беж.

Для решения задачи ученые впервые разработали способ, позволяющий увидеть, куда поступает энергия после того, как высокоинтенсивный лазер поразит топливную цель. Технология основана на использовании медных направляющих внутри топливной капсулы. Когда луч высокоинтенсивного лазера направлен на целевой участок сжатого топлива, то в результате вырабатываются высокоэнергетические электроны, атакующие медные направляющие и заставляющие их излучать рентгеновские волны, которые вполне можно увидеть.

До разработки данной техники мы словно пребывали в кромешной тьме. Зато теперь можно точно установить, куда поступает энергия, чтобы разработать новые экспериментальные проекты и усовершенствовать поставку энергии в топливо, отметил помощник ученого Кристофер Макгаффей, соавтор научной статьи.

И ученые действительно преуспели. После экспериментирования с различными проектами топливных целей и лазерными конфигурациями исследователи добились в итоге рекордно высокого уровня эффективности (до 7%) передачи энергии от высокоинтенсивного лазера в топливо.

Компьютерные симуляции также предсказали эффективность передачи энергии до уровня 15%, если удастся масштабировать проект эксперимента. Однако этот прогноз все еще требуется протестировать, заключил Беж.