Ученые добились самоподдерживающегося ядерного синтеза, но теперь не могут его воспроизвести
Международная команда ученых подтвердила, что в прошлом году впервые в лаборатории удалось добиться реакции ядерного синтеза, которая самовоспроизводится (вместо того, чтобы выдыхаться). Это приближает человечество к воспроизведению химической реакции, питающей Солнце. Однако, как пишет ScienceAlert, повторить эксперимент авторы работы пока не смогли. Научная статья вышла в Physical Review Letters.
Ядерный синтез происходит, когда два атома объединяются, чтобы создать более тяжелый, побочным эффектом при этом является выброс энергии. Этот процесс часто встречается в космосе, но его очень трудно воспроизвести в лаборатории, потому что для поддержания реакции требуются огромные температура или давление. Солнце вырабатывает энергию, через ядерный синтез — сталкивая атомы водорода вместе и создавая гелий. Сверхновые — взрывающиеся звезды — также используют ядерный синтез для своих космических фейерверков. В этих реакциях формируются более тяжелые молекулы, такие как железо.
Однако в искусственных условиях здесь, на Земле, нужные тепло и энергия, как правило, моментально уходят. Чтобы сделать ядерный синтез жизнеспособным источником энергии для людей, ученые сначала должны добиться того, чтобы механизмы самонагрева перекрывали вложенную энергию.
В 1955 году физик Джон Лоусон создал набор критериев, теперь называемых «критерии воспламенения по Лоусону», чтобы определить, когда самоподдерживающаяся термоядерная реакция пошла.
Исследователи из Национального центра воспламенения Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии потратили более десяти лет и недавно доказали, что знаменательный эксперимент, проведенный 8 августа 2021 года, действительно привел к первому в истории успешному воспламенению реакции ядерного синтеза. В новой статье эксперимент 2021 года оценивался по девяти различным критериям Лоусона.
«В первый раз мы выполнили критерии Лоусона в лаборатории», — сказала физик-ядерщик Энни Кричер.
Чтобы достичь этого эффекта, ученые поместили капсулу с тритиевым и дейтериевым топливом в центр облицованной золотом камеры с обедненным ураном и запустили в нее 192 высокоэнергетических лазера, чтобы создать область интенсивного рентгеновского излучения. Именно внутри этой среды пошла самоподдерживающаяся термоядерная реакция.
В этих условиях атомы водорода подверглись синтезу, выделив 1,3 мегаджоуля энергии за 100 триллионных долей секунды, что дало 10 квадриллионов ватт мощности.
За последний год исследователи пытались воспроизвести результат в четырех аналогичных экспериментах. К сожалению, им удалось получить только половину энергии, выделившейся в рекордном эксперименте. По словам Критчер, воспламенение очень чувствительно к небольшим изменениям, например, к различиям в структуре каждой капсулы и интенсивности лазеров.
«Если вы начинаете с микроскопически худшей исходной точки, это отражается в конечном выходе энергии», — говорит физик плазмы Джереми Читтенден.
Теперь команда хочет определить, что именно требуется для достижения воспламенения и как сделать эксперимент более устойчивым к небольшим ошибкам. Без этого процесс не может быть масштабирован для создания термоядерных реакторов, которые могли бы питать города.
Впервые термоядерная реакция дала больше энергии, чем ушло на ее проведение
Термоядерная реакция выдала 10 квадриллионов ватт за доли секунды
Термоядерный реактор в Китае разогрелся до температуры пяти Солнц