Внутри камеры мишени NIF
Внутри камеры мишени NIF; в центре — техник в сервисном модуле; справа — устройство позиционирования мишени

Возможно, это покажется небольшой победой, но фактически ученым впервые удалось воспроизвести в малых масштабах процесс выработки колоссальных количеств энергии, происходящий на Солнце и других звездах.

Для воспламенения плазмы в тесном пространстве исследователи воспользовались петаваттным лазером. В ходе эксперимента он излучал импульсы мощностью 1015 Вт и длительностью меньше 30 фемтосекунд. Лазер сближает атомы водорода, в результате чего образуются атомы гелия с выделением огромного количества энергии.

Реакция термоядерного синтеза противоположна реакции распада, применяемой в современных ядерных реакторах: при первой вместо расщепления ядер на более легкие происходит слияние с образованием более тяжелых.

«При синтезе в реакторе в любой момент времени присутствует лишь ничтожное количество ядерного топлива — обычно всего около миллиграмма», — объясняет Майк Дюнн, директор отделения энергии лазерного синтеза Ливерморской лаборатории.

Лазер National Ignition Facility (NIF) излучает 192 пучка на расстояние 274 метра, фокусирующихся на топливном элементе диаметром с карандаш. Топливная капсула для экспериментов NIF заключена в металлический корпус — хольраум. Специальные механизмы обеспечивают точное позиционирование мишени, которая охлаждается до сверхнизких температур — 18 K, чтобы упростить запуск реакции синтеза.

Несмотря на всю свою мощность, лазер NIF пока не позволяет воспламенить плазменное топливо. Когда это произойдет, должна начаться самоподдерживающаяся реакция, в ходе которой будет вырабатываться мегаджоуль энергии. Возможность получения столь огромных количеств энергии обещает решить мировые проблемы энергетики.

«Представьте себе, что топливо в камере сгорания двигателя вашего автомобиля воспламеняется сразу целиком, при этом реакция сгорания идет непрерывно, но взрыв невозможен, — поясняет Дюнн. — В случае лазерного синтеза время поджига невероятно короткое — лишь несколько десятков пикосекунд».

Эксперимент стал важной вехой на пути к достижению возможности воспламенения плазменного топлива: энергия, выработанная установкой, оказалась больше, чем энергия, затраченная на запуск реакции слияния ядер дейтерия и трития, подчеркивают ученые в Nature.

«Конечная цель наших экспериментов — воспламенение, а полученный на сегодня результат — важнейший промежуточный этап на пути к этой цели», — заявил Дюнн.

Диаметр цилиндрического хольраума с топливной капсулой всего несколько миллиметров. На концах цилиндра — отверстия для прохода луча. Сама топливная капсула размером с маленькую горошину.

Следующим этапом исследования должно стать альфа-сгорание — когда вырабатываемая энергия более чем вдвое превысит энергию, затрачиваемую на реакцию. Альфа-сгорание характеризуется прохождением определенного порога выработки энергии — 1016 реакций слияния ядер.

«Сегодня мы на несколько процентов отстаем от этого показателя», — отметил Дюнн.

Возможность воспламенения плазмы открывает путь к созданию возобновляемого, экологически чистого источника энергии, по мощности превосходящего все когда-либо созданные.

«Есть несколько возможных вариантов дальнейших действий, — указал Дюнн. — В любом случае потребуется тесное взаимодействие между индустрией и государством. Но в принципе, поскольку на постройку NIF были затрачены такие же средства, как на ядерный реактор для АЭС, нынешнее достижение не такое уж существенное».

По убеждению Дюнна, когда появится возможность получения энергии с помощью реакции управляемого синтеза, массовые попытки воспользоваться этим достижением приведут к колоссальным переменам.

«В конечном счете управляемый синтез нередко называют священным граалем источников энергии», — добавил он.