Кому ядерного синтеза? Осталось совсем немного
Мечта о зажигании самостоятельной реакции синтеза с высоким выходом энергии — подвиг, сравнимый с тем, чтобы создать миниатюрную звезду на Земле — скоро может стать реальностью. Во всяком случае, так считают авторы новой статьи, опубликованной в журнале «Физика плазмы» (Physics of Plasmas).
Исследователи из Национального комплекса зажигания (NIF), участвующие в общем проекте с отделом энергетики Ливерморской национальной лаборатории, сообщают, что осталось по меньшей мере одно существенное препятствие, которое нужно преодолеть, прежде чем появится возможность создания высокостабильного и крайне точного направленного взрыва, необходимого для зажигания. Эксперименты начались в 2010 году, и с тех пор ученых ждала несусветная тьма препятствий на пути к цели.
Чтобы добиться зажигания (которое определяется как точка, в которой реакция синтеза начинает производить больше энергии, чем необходимо для ее инициации), NIF направляет 192 лазерных луча в фокус и производит одновременные с точностью до миллиардной доли секунды импульсы внутри криогенно охлажденного hohlraum (нем. «полая комната»), полого цилиндра размером с карандашную резинку. В hohlraum находится капсула размером с шарик подшипника, содержащая два изотопа водорода, дейтерий и тритий (D-T). Сведенный лазер обеспечивает 1,8 МДж энергии и 500 тераватт мощности — в 1000 раз больше, чем требуется США одновременно в один момент — чтобы создать «рентгеновскую печь», которая взорвет капсулу D-T с температурой и давлением, аналогичным тем, что найдены в центре солнца.
«Мы хотим использовать рентгеновские лучи для взрыва внешней оболочки капсулы в очень контролируемом режиме, поэтому капсула D-T сжимается только до определенных условий, чтобы запустить реакцию синтеза», — объяснил Джон Эдвардс из NIF. — «В нашей новой статье мы сообщаем, что NIF выполнил все требования, которые считались необходимыми для выполнения удачной инициации реакции синтеза — достаточная плотность рентгеновских лучей в hohlraum, точная доставка энергии в цель и желаемый уровень сжатия — но есть еще минимум одно препятствие: преждевременный распад капсулы».
В статье Эдвардс и его коллеги обсуждают, как они используют диагностические инструменты, разработанные в NIF, для определения причин возникновения проблемы.
«В некоторых испытаниях зажигания мы измерили рассеяние испускаемых нейтронов и обнаружили разные по силе сигналы в разных местах капсулы D-T», — говорит Эдвардс. — «Это означает, что поверхность оболочки не является равномерно гладкой, и что в некоторых местах она тоньше и слабее, чем в других. В других экспериментах спектр рентгеновского излучения показал, что топливо D-T и капсула сильно смешались — в результате гидродинамической нестабильности — и помешали процессу».
Команда NIF сконцентрирует свои усилия на определении точного характера нестабильности и разработает улучшенную крепкую капсулу. Достижение этого рубежа расчистит путь для дальнейших успехов в ядерном синтезе. Осталось только разоружиться.
