США объявили о прорыве в термоядерной энергетике — реакция синтеза дала в 1,5 раза больше энергии, чем ушло на её запуск

Американские учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) действительно смогли достичь термоядерного воспламенения — самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза, в ходе которой на выходе получается больше энергии, чем было потрачено на её запуск. Об этом сегодня официально сообщили Министерство энергетики США и Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA), назвав это научным подвигом, к которому шли десятилетиями.

Источник изображений: LLNL

О том, что специалисты National Ignition Facility (NIF) при Ливерморской лаборатории, смогли достичь реакции термоядерного синтеза с положительным выходом энергии, стало известно ещё на днях. Теперь же данные официально подтвердились: 5 декабря команда исследователей провела первый в истории эксперимент по управляемому термоядерному синтезу, в результате которого было произведено больше энергии, чем потрачено лазерной энергии для запуска реакции.

Часть установки, в которой была запущена реакция синтеза

В рамках эксперимента самая мощная в мире лазерная установка, включающая 192 лазера, доставила до крошечной капсулы с топливом 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж энергии. То есть на выходе оказалось более чем в полтора раза больше энергии, чем было затрачено.

Термоядерный синтез — это реакция, при которой два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое, при этом генерируя большой объём энергии. То же самое происходит внутри звёзд. Американские учёные ещё в 60-е годы прошлого века предположили, что для запуска реакции синтеза можно использовать лазеры, с помощью которых получится создать огромное давление и температуру, необходимые для запуска реакции. Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием, и спустя множество десятилетий работы его удалось воплотить в лабораторных условиях.

Хольраум с топливом

Чтобы выполнить термоядерное зажигание, капсулу с топливом поместили в хольраум — крошечную камеру, стенки которой превращают лазерное излучение в рентгеновские лучи. Эти лучи сжимают топливо до тех пор, пока оно не взорвётся, создавая плазму с крайне высокими температурой и давлением.

Визуализация облучения топлива лазерными лучами, которые преобразуются в рентгеновские для запуска синтеза

В рамках многолетних исследований в LLNL была построена серия все более мощных лазерных систем, что привело к созданию NIF — крупнейшей и самой мощной лазерной системы в мире. NIF имеет размер спортивного стадиона и использует мощные лазерные лучи для создания температур и давлений, подобных тем, которые возникают в ядрах звезд и планет-гигантов.

Конечно, до момента, когда термоядерная энергетика станет обыденностью, пройдёт ещё немало времени, и для этого потребуется провести ещё массу исследований. Тем не менее, значимость первого удачного эксперимента по термоядерному воспламенению огромна — возможно, в итоге он станет отправной точкой в революции в мировой энергетике. Термоядерная энергия может стать альтернативой как обычным атомным электростанциям, работающим наоборот за счёт расщепления атомов, так и углеводородному топливу и избавить людей от вредных выбросов в атмосферу.

«Это знаменательное достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свою карьеру тому, чтобы термоядерное зажигание стало реальностью, и эта веха, несомненно, повлечет за собой ещё больше открытий, — сказала министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхольм (Jennifer M. Granholm). Её также поддержал директор LLNL доктор Ким Будил (Kim Budil): «Термоядерное воспламенение в лаборатории — одна из самых значительных научных задач, когда-либо решаемых человечеством, и ее достижение — это триумф науки, техники и, прежде всего, людей».