Ученые добились самоподдерживающегося термоядерного синтеза... Но теперь не могут его воспроизвести
Одна мечта человечества сбылась: мы смогли достичь управляемого термоядерного синтеза. Осталось только научиться повторять этот успех
Ядерный синтез происходит, когда два атомных ядра объединяются, создавая более тяжелый атом, высвобождая при этом огромное количество энергии. Этот процесс часто встречается на звездах, но его очень трудно воспроизвести в лаборатории, потому что для поддержания реакции требуется высокоэнергетическая среда. Солнце вырабатывает энергию с помощью термоядерного синтеза – путем слияния атомов водорода для образования гелия. Благодаря высокому давлению и температуре, звездам удается создать самоподдерживающуюся реакцию, но в лаборатории это пока невозможно.
Чтобы сделать ядерный синтез жизнеспособным источником энергии для людей, ученым сначала нужно добиться того, что называется «воспламенением», когда механизмы самонагрева превышают потери энергии. Как только зажигание достигнуто, реакция синтеза запускается сама. В 1955 году физик Джон Лоусон создал набор критериев, теперь известных как «критерии воспламенения Лоусона», чтобы помочь распознать, когда была пройдена точка начала самоподдерживающейся реакции.
Первый управляемый термоядерный синтез
Исследователи из Национального центра зажигательного оборудования Национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии потратили более десяти лет на совершенствование своей техники и теперь подтвердили, что знаменательный эксперимент, проведенный 8 августа 2021 года, действительно привел к первому в истории успешному запуску реакции ядерного синтеза.
В недавнем анализе эксперимент 2021 года оценивался по девяти различным версиям критерия Лоусона. Чтобы добиться этого эффекта, команда поместила капсулу с тритиевым и дейтериевым топливом в центр облицованной золотом камеры с обедненным ураном и направила на нее 192 высокоэнергетических лазера, чтобы создать ванну интенсивных рентгеновских лучей.
Интенсивная среда, создаваемая направленными внутрь ударными волнами, создала самоподдерживающуюся реакцию синтеза. В этих условиях атомы водорода начали сливаться друг с другом, выделив 1,3 мегаджоулей энергии за 100 триллионных долей секунды. Это примерно 10 квадриллионов ватт мощности. За последний год исследователи пытались воспроизвести результат в четырех подобных экспериментах, но им удалось получить только половину энергии, полученной 8 августа 2021 года.
По словам физиков, воспламенение очень чувствительно к небольшим изменениям, которые едва заметны, таким как различия в структуре каждой капсулы и интенсивности лазеров. Поэтому ученым только предстоит выяснить, в чем тут подвох и разработать методику, позволяющую запускать самоподдерживающуюся реакцию термоядерного синтеза «на раз-два».