Настоящая революция в энергетике: термоядерный реактор впервые добыл больше энергии, чем затратил
Впервые в реакции термоядерного синтеза был достигнут рекордный выход энергии в 1,3 мегаджоуля − и впервые он превысила энергию, поглощаемую топливом для запуска самой реакции
Новый результат в восемь раз выше, чем в экспериментах, проведенных всего за несколько месяцев до этого, и в 25 раз выше, чем в экспериментах 2018 года. Физики Национального центра зажигания Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в настоящее время подготавливают доклад и представят его на экспертную оценку.
«Этот результат является историческим шагом вперед в исследованиях термоядерного синтеза с инерционным удержанием, открывая принципиально новый режим для исследований и продвижения наших важнейших задач национальной безопасности. Он также является свидетельством новаторства, изобретательности, приверженности и стойкости этой команды и многие исследователи в этой области на протяжении десятилетий упорно преследовали эту цель», − заявил Ким Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.
Термоядерный синтез с инерционным удержанием предполагает создание чего-то вроде крошечной звезды. Все начинается с капсулы с горючим, состоящей из дейтерия и трития − более тяжелых изотопов водорода. Эта топливная капсула помещается в полую золотую камеру размером с ластик для карандашей, называемую хольраумом.
Затем 192 мощных лазерных луча попадают в хольраум, где преобразуются в рентгеновские лучи. Те, в свою очередь, взрывают топливную капсулу, нагревая и сжимая ее до условий, сравнимых с условиями в центре звезды − температура превышает 100 миллионов градусов по Цельсию, а давление − 100 миллиардов атмосфер Земли. Эта невероятная нагрузка превращает топливо капсулу в крошечный шарик плазмы.
И точно так же, как водород превращается в более тяжелые элементы в сердце звезды, то же самое делают дейтерий и тритий в топливной капсуле. Весь процесс занимает всего несколько миллиардных долей секунды. Цель физиков состояла в том, чтобы добиться возгорания − точки, в которой энергия, генерируемая в процессе термоядерного синтеза, превышает общую подводимую энергию.
Эксперимент, проведенный 8 августа, не дотянул до этой отметки; входная мощность лазеров составила 1,9 мегаджоулей. Но это все еще невероятно интересно, потому что, согласно измерениям команды, топливная капсула поглощала в пять раз меньше энергии, чем генерировалась в процессе термоядерного синтеза.
Новое достижение, по словам команды, является результатом кропотливой работы по уточнению эксперимента, включая дизайн хольраума и капсулы, улучшенную точность лазера, новые диагностические инструменты и изменения конструкции для увеличения скорости взрыва капсулы, которая передает больше энергия к горячей точке плазмы, в которой происходит термоядерный синтез.
«Получение экспериментального доступа к термоядерному ожогу в лаборатории − это кульминация десятилетий научно-технической работы, продолжавшейся почти полвека», − сказал Томас Мейсон, директор Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Команда планирует провести дополнительные эксперименты, чтобы увидеть, смогут ли они воспроизвести свой результат, и изучить процесс более подробно. Их работа также открывает новые возможности для экспериментальных исследований.
Физики надеются выяснить, как еще больше повысить энергоэффективность. Когда лазерный свет преобразуется в рентгеновские лучи внутри хольраума, теряется много энергии; вместо этого большая часть лазерного излучения идет на нагрев стен хольраума. Решение этой проблемы приблизит нас еще на один значительный шаг к термоядерной энергии.
