В лабораторії американського наукового комплексу National Ignition Facility була успішно протестована система запуску інерційного керованого термоядерного синтезу, дію якої забезпечують 192 лазерні промені. Фізики впевнені, що з її допомогою вдасться моментально нагріти реакційну суміш до надвисокої температури та запустити реакцію.

Термоядерним синтезом називається реакція, при якій з ядер легких хімічних елементів утворюються більш важкі. Хоча при деяких з них маса ядер, що утворюються (плюс маса елементарних часток, що утворяться в якості побічного продукту) менше маси початкових ядер, що беруть участь у реакції, а надлишок маси перетворюється в енергію.

Цей синтез, як ми знаємо, служить основним джерелом енергії зірок. Там відбувається термоядерний синтез гелію з ядер водню - протонів. Ця реакція відбувається в три етапи - на першому зі звичайного водню в результаті зіткнення двох протонів утворюється дейтерій (важкий ізотоп водню, ядро якого складається з одного протона та одного нейтрона).

Далі утворюється інший ізотоп водню - тритій (у нього один протон і два нейтрони), а потім вони зіштовхуються між собою, даючи ядро гелію. При цьому випускається один нейтрон і величезна кількість енергії. Сумарне рівняння цієї реакції виглядає в такий спосіб:

³Н+²Н→⁴Не+n

Спроби відтворити найпростішу термоядерну реакцію, якою є керований синтез водню, вчені почали з середини ХХ століття. Справа в тому, що запаси дейтерію у світовому океані практично безмежні й він може стати буквально необмеженим джерелом енергії для людства на багато століть. Однак для цього потрібно змусити ядра цього ізотопу вступити між собою в реакцію синтезу. А це, чесно кажучи, дуже непросто.

Основна проблема з одержанням керованого термоядерного синтезу тритію та дейтерію полягає в тому, як розігнати два позитивно заряджених ядра до потрібної швидкості й змусити їх зблизитися на необхідну для початку реакції синтезу мінімальну відстань, переборовши силу електростатичного відштовхування (яка, відповідно до закону Кулона, завжди виникає на малих відстанях між однаково зарядженими частками). На практиці це означає, що реакційну суміш потрібно розігріти до температури в мільйони градусів.

Однак такого нагрівання не витримає ніяка матеріальна оболонка, у яку дана суміш буде поміщена. Втім, навіть якщо таку оболонку все-таки вдасться створити, подібна методика не принесе великої користі, тому що в результаті реакції термоядерного синтезу навряд чи буде отримано більше енергії, ніж її було витрачено на розігрів суміші та запуск реакції.

Зазвичай ядерники для запуску реакції використовують пристрої, називані магнітними вловлювачами. При їх використанні реакційна плазма, що складається із тритію та дейтерію, утримується надпотужним магнітним полем. Оскільки в міру підвищення температури силові лінії магнітного поля ущільнюються й гаряча плазма стягується від стін контейнера до його центру. Тут і відбувається зближення заряджених часток на відстань, необхідну для запуску термоядерної реакції.

Американські фізики з National Ignition Facility (NIF) вирішили піти по іншому шляху й створити так звану інерційну пастку. В їхніх експериментах планується використовувати все ті ж дейтерій і тритій. Сам спосіб ґрунтується на тому, щоб, використовуючи зовнішню енергію, викликати моментальне нагрівання даної суміші до надвисоких температур.

У даному реакторі, як передбачається, будуть використовуватися утримуючі всередині плазму сферичні конструкції з оболонкою з берилію, що поглинає подавану ззовні енергію. Вважається, що таке швидке поглинання енергії повинне привести до випарування і швидкого витікання речовини (абляції) з поверхні сфери. Вибуховий процес абляції дасть спрямовану всередину ударну хвилю, що стисне та нагріє паливо, яке перебуває в центральній частині мішені, до термоядерних параметрів, після чого горіння почне поширюватися із центру до периферії.

Оскільки підводити енергію до сфер можна різними способами, то проектувальникам NIF залишалося лише вибрати один із них. Вони вирішили використати лазерний вплив, який досить просто здійснити. Правда, промені будуть спрямовані не на саму сферу з берилієвою оболонкою та дейтерій-тритієвим наповнювачем, а на металевий циліндр, в якому вона перебуває. Останній повинен нагріватися і віддавати отриману енергію у вигляді рентгенівського випромінювання, а воно вже буде взаємодіяти з мішенню. Передбачається використати 192 лазерні промені - вважається, що вони зможуть передати необхідну кількість енергії для запуску термоядерного синтезу.

Порівнявши дані вимірювань з теоретичними розрахунками, дослідники встановили, що ефективність перетворення лазерного випромінювання в рентгенівське доходить до 90 відсотків, а радіаційна температура циліндрів перевищує 300 еВ (3,6 мільйонів градусів Цельсія). Сфера стискується рівномірно, зі зменшенням діаметра від 2,2 міліметрів до 100 мікрометрів. "Результати навіть перевершили наші очікування. Існували деякі побоювання, що ми не досягнемо потрібної температури, але все обійшлося", - говорить керівник NIF Едвард Мозес.

За його словами, перші експерименти по запуску термоядерного синтезу в NIF можуть початися вже в наступному році. "Я думаю, навесні або влітку 2012-го все буде готово", - припускає вчений. І якщо це дійсно відбудеться, то буде зроблений ще один крок людства на шляху до "приручення" енергії термоядерного синтезу.

За матеріалами: pravda.ru