Лаборатория США стоит на пороге ключевой цели ядерного синтеза.

Американский научный институт стоит на пороге достижения давней цели в исследованиях ядерного синтеза.

Национальный центр зажигания использует мощный лазер для нагрева и сжатия водородного топлива. Таким образом инициируя термоядерный синтез.

Целью эксперимента «зажигания» является то, когда энергия, выделяемая при синтезе, превышает энергию, передаваемую лазером. И теперь это находится в пределах досягаемости.

Использование термоядерного синтеза, процесса, который приводит в действие Солнце, может обеспечить безграничный источник чистой энергии.

В процессе, называемом термоядерным синтезом с инерционным удержанием, 192 луча от лазера NIF — самого высокоэнергетического примера в мире — направляются на капсулу размером с горошину перца. Капсулу, содержащую дейтерий и тритий, которые являются разными формами элемента водорода.

Это сжимает топливо до 100-кратной плотности свинца. И нагревает его до 100 миллионов градусов Цельсия — горячее, чем в центре Солнца. Эти условия помогают запустить термоядерный синтез.

Эксперимент, проведенный 8 августа, дал 1,35 мегаджоулей (МДж) энергии — около 70% энергии лазера, доставленной в топливную капсулу. Достижение воспламенения означает получение мощности плавления, превышающей 1,9 МДж, вложенную лазером.

Огромное достижение

«Это огромный шаг вперед для термоядерного синтеза и для всего термоядерного сообщества», — сказала BBC News Дебби Каллахан, физик из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, в которой находится NIF.

В качестве меры прогресса можно отметить, что доходность эксперимента в этом месяце в восемь раз превышает предыдущий рекорд NIF, установленный весной 2021 года, и в 25 раз превышает доходность экспериментов, проведенных в 2018 году.

«Темпы улучшения выработки энергии были быстрыми. И это позволяет предположить, что вскоре мы сможем достичь большего количества энергетических вех. Например, таких как превышение энергии, поступающей от лазеров, используемых для запуска процесса», — сказал профессор Джереми Читтенден, содиректор Центра. для исследований инерционного термоядерного синтеза в Имперском колледже Лондона.

Ученые NIF также считают, что теперь они достигли чего-то, что называется «горящей плазмой», где сами реакции синтеза обеспечивают тепло для большего синтеза. Это жизненно важно для обеспечения самостоятельности процесса.

«Самоподдерживающийся ожог очень важен для получения высокого урожая», — пояснил д-р Каллахан. «Волна горения должна распространиться на топливо с высокой плотностью, чтобы получить много энергии термоядерного синтеза.

«Мы считаем, что этот эксперимент находится в этом режиме, хотя мы все еще проводим анализ и моделирование, чтобы убедиться, что мы понимаем результат».

В качестве следующего шага доктор Каллахан сказала, что эксперименты будут повторены. «Это фундаментально для экспериментальной науки. Мы должны понимать, насколько воспроизводимы и насколько чувствительны результаты к небольшим изменениям», — сказала она.

«После этого у нас есть идеи, как улучшить этот дизайн, и мы начнем работать над ними в следующем году».

Профессор Читтенден объяснил: «Мегаджоуль энергии, выделившейся в эксперименте, действительно впечатляет с точки зрения термоядерного синтеза, но на практике это эквивалентно энергии, необходимой для кипячения чайника».

Он добавил: «Гораздо более высокая энергия термоядерного синтеза может быть достигнута за счет зажигания. И если мы сможем решить, как удерживать топливо вместе дольше, чтобы дать ему возможность сгореть. То это будет следующим горизонтом для термоядерного синтеза с инерционным удержанием».

Существующая ядерная энергия основана на процессе, называемом делением.

Это когда тяжелый химический элемент расщепляется, чтобы получить более легкие. Fusion работает, комбинируя два легких элемента, чтобы сделать один более тяжелым.

Строительство Национального центра зажигания началось в 1997 году и было завершено к 2009 году. Первые эксперименты по проверке мощности лазера начались в октябре 2010 года.

Другая функция NIF — помочь обеспечить безопасность и надежность американских арсеналов ядерного оружия. Иногда ученые, которые хотят использовать огромный лазер для термоядерного синтеза, ограничивают свое время экспериментами, направленными на обеспечение национальной безопасности.

Но в 2013 году BBC сообщила, что во время экспериментов в NIF количество энергии, высвобождаемой в результате синтеза, превысило количество энергии, поглощенной топливом. Это прорыв и первый случай для любой термоядерной установки в мире. Результаты этих тестов позже были опубликованы в журнале Nature.

NIF — один из нескольких проектов по всему миру, направленных на развитие исследований в области термоядерного синтеза. В их число входит объект Iter стоимостью несколько миллиардов евро. Он в настоящее время строится в Кадараше, Франция.

Iter будет использовать другой подход к управляемому лазером термоядерному синтезу в НИФ. Эта установка на юге Франции будет использовать магнитные поля для удержания горячей плазмы — электрически заряженного газа. Эта концепция известна как синтез с магнитным удержанием (MCF).

Но для создания коммерчески жизнеспособных термоядерных установок, которые могут обеспечивать энергией сеть, потребуется еще один гигантский скачок.

«Превращение этой концепции в возобновляемый источник электроэнергии, вероятно, будет долгим процессом. И он потребует преодоления серьезных технических проблем. Таких как возможность воссоздать этот эксперимент несколько раз в секунду для получения постоянного источника энергии», — сказал Проф Читтенден.

По материалам статьи Пола Ринкона Научного редактора веб-сайта BBC News