Исследователям из Сандинийских национальных лабораторий удалось достичь существенных успехов на пути к энергоэффективному термоядерному синтезу. При использовании экспериментальной установки «Z-Машина», генерирующей чрезвычайно мощные электрические импульсы, ученые начали регистрировать существенное число нейтронов — элементарных частиц, сопутствующих этому процессу. На этой установке практикуется новый подход к термоядерному синтезу, полученные результаты демонстрируют его эффективность.

Во время термояда энергия производится не за счет распада ядра атома, а в результате сближения двух ядер, после чего образуются ядра более тяжелых элементов, одновременно высвобождается энергия сильного взаимодействия. Для такой реакции необходимо достаточно недорогое и распространенное топливо — водород, и к тому же в результате нее образуются вещества, не загрязняющие окружающую среду.

Основная проблема коммерческого внедрения термоядерного синтеза — в нерентабельности существующих установок. Пока на запуск реакции уходит большее количество энергии, чем ее удается получить.

Сложность в том, что ядра атомов имеют положительный заряд и отталкиваются друг от друга. Для столкновения их необходимо разгонять до скорости около 1000 км/с. Чтобы достичь реакции, вещество нагревают до более чем 50 млн градусов по Цельсию — при такой температуре газ превращается в плазму, то есть пребывает в состоянии, когда ядра атомов и электроны отделены друг от друга. Плазма не должна касаться стенок контейнера, иначе она расплавит их.

Существует две технологии достижения термоядерного синтеза: инерциальное и магнитное удержание плазмы, используемое в установках Токамак. В первом случае топливо нагревается лазером быстро и равномерно, в результате чего плазма сдерживается силами инерции, а во втором для этих целей применяется магнитное поле.

Во время реакций в «Z-машине» используются обе этих технологии.

Установка посылает разряд с силой тока 19 млн ампер через топливо, помещенное в маленький контейнер 5 мм в диаметре и 7,5 мм в высоту. Полученное электромагнитное поле сжимает его со скоростью 70 км/с. Тогда же топливо нагревается маломощным лазерным импульсом, после чего к нему применяют устойчивое магнитное поле. Реакции, происходящие в плазме, поднимают индукцию электромагнитного поля с 10 Тл до 10 000 Тл, в результате чего она удерживается на месте.

Как пишут исследователи, на прошлой неделе им удалось нагреть плазму до 35 млн градусов по Цельсию и обнаружить около 2 трлн нейтронов во время каждой дейтериево-дейтериевой реакции, производной которой являются гелий-3 (тритий) и нейтрон. Таким образом, коллективу ученых удалось увеличить в количество реакций в 100 раз. Для того чтобы устранить потери энергии, их количество должно возрасти еще в 10 тысяч раз.

В ходе эксперимента был отмечен и другой заслуживающий внимания результат: во время вторичной реакции дейтерия и трития также были зарегистрированы нейтроны (около 10 млрд во время каждой из них). Обычно продукты взаимодействия дейтерия с дейтерием развивают слишком большую скорость для повторной реакции, но во время эксперимента электромагнитное поле оказалось достаточно мощным для их замедления, и взаимодействие стало возможным.

Согласно компьютерным моделям, силы тока «Z-машины» (27 млн ампер) должно хватить для того, чтобы вывести технологию на рентабельный уровень. К тому же планируется увеличить силу тока, производимого установкой, до 60 млн ампер.

Источник