Все новости

Физики утроили эффективность быстрого термоядерного синтеза

В этом им помог специальный фотонный кристалл, который сконцентрировал энергию лазерных лучей, разогревающих топливо для термоядерного реактора

ТАСС, 26 января. Американские физики утроили энергетическую эффективность экспериментального термоядерного реактора NIF. Это приблизило его к выходу в энергетический "плюс", пишут специалисты в научном журнале Nature (1, 2).

"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.

Тройной прирост эффективности

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.

Теги