Когда термояд становится рутиной: в этом году учёные из LLNL трижды запустили реакцию синтеза с положительным выходом энергии

В декабре прошлого года после десятилетий опытов учёные в США впервые добились положительного выхода энергии в процессе термоядерной реакции синтеза с помощью лазерного зажигания. В текущем году эта операция была повторена трижды и каждый раз с превышением энергии выхода над затраченной. Повторяемость стала лучшим доказательством того, что учёные находятся на правильном пути и добьются ещё большего успеха в будущем.

Источник изображения: LLNL

Сегодня наиболее перспективными термоядерными реакторами считаются токамаки — реакторы с камерой в виде пончиков. Это предопределило выбор проекта для строительства первого масштабного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР во Франции. Но есть и другие способы запустить термоядерную реакцию. Например, с помощью лазеров, если их энергию в достаточной мере сконцентрировать на топливе. В конечном итоге нам надо заставить атомы водорода преодолеть кулоновское отталкивание и сблизиться для начала взаимодействия. Выбранные для этого методы и энергии остаются на выбор экспериментаторов. Это может быть гравитация, температура или излучение.

Внешний вид мишени — хольраума

Установка National Ignition Facility (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) использует 192 лазера, направленных на мишень с топливом. Топливная таблетка размером меньше перчинки помещается в специальный сосуд — хольраум. Лазеры ударяют в стенки хольраума и возбуждают в них рентгеновское излучение. Топливо находится в оптическом центре рентгеновских и лазерных лучей. Концентрация энергии в сочетании с ударными и инерционными явлениями достигает такого значения, что ядра в топливе начинают сливаться и выделять энергию.

Для извлечения из всего этого практической пользы получаемая на выходе энергия синтеза должны быть выше уровня энергии, затраченной на зажигание. Впервые этого удалось добиться в декабре 2022 года. На мишень упало 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж. В то же время необходимо понимать, что на накачку лазеров и поддержку всего оборудования установки ушло на пару порядков больше энергии. Установка лишь показала, что положительный выход возможен на уровне реакции.

Установка NIF

Опыт был повторен 30 июля этого года. Значение энергии на выходе достигло 3,5 МДж (по другим данным 3,88 МДж). Это доказало, что декабрьский результат не был случайностью. Затем учёные ещё раз повторили реакцию в октябре и ноябре. Можно даже сказать, что термояд стал для них рутиной. Однако в каждом случае происходит набор данных по течению реакции и настройкам установки, что даёт ценный опыт для практического улучшения как установки, так и процесса.

Уже второй опыт показал, что КПД реакции на комплексе NIF может быть улучшен. В конечном итоге к бесконечной и чистой термоядерной энергии можно будет прийти и по этой дороге, а не только по пути токамаков.