Американские физики
утроили эффективность «быстрого» термоядерного синтеза
28 января 2022
Американские физики утроили энергетическую эффективность
экспериментального термоядерного реактора NIF. Это приблизило его к выходу в
энергетический «плюс», пишут специалисты в научном журнале Nature.
«Проведенные нами улучшения в устройстве капсул с топливом
стали большим шагом к выходу NIF в энергетический «плюс» и запуску
самоподдерживающейся термоядерной реакции. Мы уверены в том, что последующее
совершенствование этих элементов установки позволит нам перейти через этот
порог», – пишут исследователи.
Существует два принципа работы термоядерных реакторов.
Общепринятый основан на медленном термоядерном синтезе, в рамках которого
физики планируют удерживать горячую плазму с помощью магнитных полей и
электрических токов. На его основе строится международный экспериментальный
термоядерный реактор ITER во Франции.
Существует и альтернативный подход, быстрый термоядерный
синтез. В этом случае термоядерная реакция протекает за миллионные доли секунды
при сжатии термоядерного топлива – смеси из трития и дейтерия. Для сжатия
используют мощные лазеры. Эту технологию активно разрабатывают на американском
экспериментальном реакторе NIF.
Физики под руководством Алекса Зилстры
из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе
(США) утроили количество энергии, которое может вырабатывать NIF. Это удалось
благодаря тому, что исследователи научились более точно концентрировать
лазерные лучи на ядерном топливе и мешать их рассеиванию, которое происходит
из-за взаимодействия частиц света с молекулами газа, который охлаждает полую
капсулу с тритием и дейтерием.
Ранее ученые пытались избавиться от этой проблемы, понижая
плотность газа. Однако в результате капсула быстро нагревалась и расширялась,
что резко снижало температуру и давление внутри термоядерного топлива. Зилстра и его коллеги выяснили, что эту проблему можно
обойти, если установить перед входом в капсулу специальный фотонный кристалл,
который будет концентрировать энергию лазерных лучей внутри емкости с топливом.
Также ученые выяснили, что эффективность термоядерных
реакций можно дополнительно повысить, если сделать капсулу с топливом похожей
не на бочку, а на миниатюрную полую гантель. Благодаря этому физики резко
снизили вероятность того, что лучи лазеров будут рассеиваться неправильным
образом при взаимодействиях с молекулами газа, охлаждающего стенки капсулы с
термоядерным топливом.
И та, и другая модификация помогли ученым утроить
эффективность «быстрого» термоядерного синтеза. Как признают Зилстра и его коллеги, пока этот подход очень далек от
выхода в энергетический «плюс», однако ученые ожидают, что последующие
совершенствования технологии фокусировки лазерных лучей помогут им вплотную
приблизиться к решению этой задачи.
источник - https://www.atomic-energy.ru/news/2022/01/28/121399