Термоядерный прорыв: получено больше энергии, чем затрачено
История термоядерной энергетики полна открытий, достижений — и разочарований. Управляемые термоядерные реакции могут стать практически неиссякаемым источником «чистой» энергии. Когда работы в данной области только начинались (а было это в середине прошлого века), исследователи полагали, что через 25 лет они смогут продемонстрировать миру первый реактор, вырабатывающий энергию. Но триумф все откладывается и откладывается... Запустить управляемую термоядерную реакцию на Земле, а не в центре какой-нибудь звезды, оказалось нелегким делом. Необходимо достичь «зажигания» — точки, после которой в результате реакции выделяется больше тепла, чем необходимо для её поддержания.
В термоядерном реакторе идут те же процессы, что и в сердце нашего Солнца. Атомы водорода объединяются под действием титанической силы, способной преодолеть их электростатическое отталкивание, и формируют атомы гелия. При этом выделяется огромное количество энергии. Также работает и термоядерная бомба, в которой энергию для преодоления электростатического отталкивания дает триггер — небольшой ядерный заряд, достаточный для создания высокой температуры и давления хотя бы на миллионную долю секунды.
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории (США) используют самую мощную в мире лазерную установку NIF, чтобы создать необходимые условия для начала термоядерного синтеза. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, ученые заявляют, что смогли добиться так называемого «топливного прироста» («fuel gain») — состояния системы, при котором топливо выделяет больше энергии, чем было им поглощено для запуска реакции. Соотношение выделившейся и поглощенной энергии составило от 1.2 до 1.9.
Синхронный импульс 192 лазеров NIF, направленный на хольраум (небольшой золотой контейнер, в котором заключена пластиковая капсула с термоядерным топливом), вызывает имплозию, в результате которой создается высокое давление и начинается термоядерный синтез. Однако значительная часть энергии поглощается самим хольраумом и другими звеньями системы, поэтому «топливный прирост» — это еще не «зажигание». Исследователи признают, что выделившаяся в результате синтеза энергия составила всего 1% от той, которая была затрачена на создание лазерного импульса. Однако критерий Лоусона (важный параметр, позволяющий определить, удастся ли достигнуть «зажигания») оказался всего в два раза ниже необходимого значения, превзойдя самые оптимистичные прогнозы ученых.
Добиться высокой эффективности термоядерного синтеза ученым помогла особая конфигурация лазерного импульса, при которой максимум передачи энергии приходится на начало импульса, что «разрыхляет» пластиковую капсулу и делает её более стабильной при взрыве. Дополнительное «самонагревание» топлива обеспечивается за счет переизлучения энергии внутри хольраума.
По материалам Nature News