Физики из Университета Рочестера достигли с помощью установки OMEGA условий, которые позволят в пять раз побить существующий рекорд энергии, выделяемой в инициируемой лазерами термоядерной реакции. Для этого потребуется масштабировать эксперимент до размеров другого известного реактора — NIF (National Ignition Facility), которому и принадлежит рекорд. Интересно, что ученым удалось добиться такого результата с помощью методики, отличающейся от методик эксперимента NIF. По словам авторов, полученное давление плазмы (если его масштабировать до параметров NIF) всего в два раза меньше, чем требуется для «поджига» термоядерной реакции. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, его теоретическая интерпретация опубликована в журнале Physical Review E (R), кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.
Термоядерная реакция — высокоэнергетический процесс, в ходе которого одни ядра превращаются в другие. Как правило этот процесс сопровождается выделением энергии, однако для того, чтобы он начался, необходимо преодолеть электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами. В звездах это достигается за счет очень большой плотности вещества, обеспечиваемой гравитацией. Ученые пытаются создать условия для запуска самоподдерживающейся ядерной реакции на Земле, но до сих пор эти попытки не были успешны.
Подход NIF носит название косвенного — лазерное излучение сначала конвертируется в рентгеновское и лишь потом взаимодействует со смесью. В Университете Рочестера ученые используют прямой подход и сжимают дейтерий и тритий напрямую. Как отмечают физики, этот процесс очень похож на попытку равномерно сжать воздушный шарик — если сжимающие силы будут распределены неравномерно, то некоторые области шарика начнут «выпячиваться». Эксперимент OMEGA, в котором реализуют прямой подход, меньше, чем NIF, и использует 60 лазеров.
Добиться этих результатов удалось за счет более точной системы фокусировки лазеров — диаметр капсулы с газом менее одного миллиметра. Фокусировка обеспечивает более равномерное сжатие смеси. Для фокусировки, в частности, используются рентгеновские методы — исследователи получают изображения с выдержкой в 40 пикосекунд, показывающие, как ведет себя вещество при контакте с лазерным излучением.
При реакции ядер дейтерия с тритием образуются альфа-частица — ядро гелия — и свободный нейтрон. Энергия этой реакции в 6,5 миллиона раз превосходит энергию от обычного сжигания такого же количества водорода. Это привлекает внимание большого количества ученых, и, помимо крупных научных экспериментов, существуют и частные стартапы, пытающиеся разработать термоядерные реакторы. Подробнее об их работе можно прочитать в нашем материале.
Владимир Королёв
