Вчені домоглися збільшення позитивного енергетичного балансу реакції термоядерного синтезу на установці NIF
Досягнення в області керованих реакцій термоядерного синтезу є вкрай рідкісними подіями. На цьому тлі досягнення команди дослідників з Національної лабораторії імені Лоуренса, що працює з лазерною установкою National Ignition Facility (NIF), виглядає більш ніж вражаюче. Вперше дослідникам вдалося домогтися того, що в результаті реакції термоядерного синтезу палива, що складається з суміші дейтерію з тритієм, виділилося більше енергії, ніж було витрачено на її ініціацію.
На жаль, зараз дослідники ще далекі від головної мети своїх експериментів, від ініціації ланцюгової реакції термоядерного синтезу. Це відбувається з-за того, що більша частина від 1.8 мегаджоулей енергії імпульсів лазерного світла витрачається марно. Лише менше одного відсотка від сумарної енергії імпульсів світла 192 лазерів досягає кульки палива, що містить 170 мікрограмів суміші дейтерію і тритію.
Зазначимо, що інформація про перших "поджигах" реакції термоядерного синтезу на установці NIF була опублікована в серпні минулого року, а кількість енергії, що виділилася у вигляді високоенергетичних нейтронів, склала близько 8 тисяч джоулів. А нещодавно, згідно інформації опублікованої в журналі Nature, дослідникам вдалося підняти рівень виділяється енергії до 17 тисяч джоулів, що вже перевищило кількість енергії, "закачаної" безпосередньо в паливний кульку.
Слід нагадати нашим читачам, що кінцевою метою створення лазерної установки National Ignition Facility і проводяться на ній експериментів було отримання ланцюгової реакції термоядерного синтезу. Згідно з попередніми планами, мета повинна була бути досягнута вже до кінця 2012 року. Але, як всім добре відомо, незважаючи на те, що кінцевий термін неодноразово переносився, головна мета так і не була досягнута.
Провівши аналіз усіх зібраних під час експериментів даних, вчені виявили головну помилку, яка заважала їм рухатися далі. Уся справа у формі імпульсу лазерного світла, який починався з мінімальної потужності, збільшується до максимуму до кінця імпульсу. Така форма імпульсу забезпечувала максимальну ефективність стиснення паливного кульки, але разом з цим вона стала джерелом нестабільності всієї системи в цілому. Коли температура і тиск в межах паливного кульки починали наближатися до умов виникнення реакції термоядерного синтезу, в обсязі палива виникли численні крихітні локальні осередки цієї реакції, які виділяли енергію і ставали причиною вибуху. Цей вибух розпилював паливо, його щільність різко зменшувалася і реакція синтезу не могла йти далі.
Виявивши таке явище, дослідники кардинально змінили форму імпульсу лазерного світла, який починався з рівня максимальної потужності поступово сходячи нанівець. Така форма імпульсу не дозволяє досягти високого ступеня стиснення палива, але вона дуже швидко піднімає його температуру до величезного значення, що призводить до взрывообразному розширенню палива, яке створює локальні області високого тиску, потрібні для ініціації реакції термоядерного синтезу. Спільна дія двох описаних вище ефектів дозволяє отримати умови, потрібні для початку реакції, залишаючи при цьому всю систему у відносно стабільному стані.
"В результаті наших нововведень ми отримали тиск в паливному кульці в 150 мільярдів атмосфер. Щільність матеріалу палива в таких умовах перевищила в 2.5-3 рази щільність матерії у ядрі Сонця" - розповідає Омар Уррикане (Omar Hurricane), фізик з Лабораторії Лоуренса, - "При цьому, паливний кулька піддалося не такому вже й великому стиску, він був стиснутий всього в 35 разів, набагато менше, ніж ми домагалися в попередніх експериментах".
Найближчим часом вчені NIF планують збільшити в позитивну сторону енергетичний баланс реакції термоядерного синтезу. Це може бути досягнуто за рахунок зміни форми і конструкції капсули, останньою в собі кульку суміші тритію і дейтерію, і якщо це вдасться успішно реалізувати, то наступним кроком експериментів вже може стати ініціація ланцюгової реакції.