Пока что ядерный синтез как источник энергии остается утопией. Но теперь американские исследователи, по крайней мере, немного продвинулись на этом пути: впервые им удалось извлечь из термоядерного топлива больше энергии, чем они вкладывали ранее, как они сообщают в журнале Nature. Тем не менее, они все еще далеки от воспламенения ядерного синтеза и цепной реакции, происходящей без какой-либо дополнительной подачи энергии.
Ядерный синтез может решить многие энергетические проблемы - если он увенчается успехом. Когда атомы сливаются, высвобождается огромное количество энергии. Именно эта энергия заставляет солнце и другие звезды сиять миллионы и миллиарды лет. Но то, что происходит само по себе в звездах, с большим трудом может быть воспроизведено на Земле. Пока физики потерпели неудачу на предварительных этапах таких технологий.
Две основные проблемы
Для того чтобы ядра дейтерия и трития слились, сильное давление и высокая температура должны преодолеть их естественное отталкивание. Это требует огромного количества энергии. Вторая проблема: термоядерные реакторы должны надежно удерживать светящуюся плазму, но обычные материалы не могут этого выдержать. Физики пытаются решить эту проблему двумя способами: сильными магнитными полями, которые удерживают плазму во взвешенном состоянии, или так называемым принципом инерции, при котором огромное внезапное давление сжимает горючее настолько сильно, что оно практически остается вместе.
Но каким бы ни был подход, физики даже близко не подошли к запуску ядерного синтеза. Из-за отсутствия больших успехов чрезвычайно дорогие исследования в области термоядерного синтеза должны сегодня вызывать опасения у исследовательских фондов во многих странах. Хотя плотность, температура и время удержания плазмы значительно улучшились с первых дней исследований в области термоядерного синтеза, в установки по-прежнему поступает гораздо больше энергии, чем выходит.
Лазерные импульсы запускают ядерный синтез
Исследователи из Национального центра воспламенения (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии добились важного прогресса: Омар Харрикейн и его коллеги достигли так называемого увеличения расхода топлива - точки, в которой реактор вырабатывает больше энергии, чем вложено в его топливо в эксперименте. В своем экспериментальном реакторе они использовали в качестве топлива капсулу размером всего один сантиметр, наполненную дейтерием и тритием. Они обстреляли эту предварительно сжатую таблетку лазерными лучами со всех сторон.
Концентрированный огонь из 192 лазеров произвел более 1,8 миллиона джоулей энергии, но только в течение менее одной миллионной секунды. Топливная таблетка нагревается и сжимается этим лазерным импульсом. Этого достаточно, чтобы сплавить хотя бы несколько атомов вместе.
Выход энергии значительно увеличился
«В этих экспериментах мы достигли выхода энергии, который в десять раз превышает то, что было достигнуто до сих пор в подобных имплозивных испытаниях с дейтерием и тритием», - сообщают Харрикейн и его коллеги. Топливная таблетка впервые произвела больше энергии, чем вкладывалось в нее ранее. Однако этого недостаточно, чтобы запустить синтез - точку, с которой синтез продолжается в цепной реакции без дополнительной подачи энергии.
Тем не менее, есть первые признаки саморазогрева топливной массы, объясняют исследователи. Ведь альфа-частицы, созданные при синтезе, уже внесли более трети в общую энергию. Этот саморазогрев считается важнейшей предпосылкой для запуска цепной реакции.
Этот эксперимент все еще является лишь предварительным испытанием на долгом пути к использованию ядерного синтеза в качестве источника энергии. Чтобы добиться возгорания и, таким образом, решающей точки, Урагану и его коллегам приходится дополнительно увеличивать энергоотдачу своей системы - почти в сто раз. Можно ли этого достичь с помощью этой технологии, еще неизвестно.