Исследователи США стремятся приблизить историческое событие по запуску реакции термоядерного синтеза


Целевая камера в NIF (Изображение: LLNL)

Первый в истории контролируемый эксперимент по получению энергии термоядерного синтеза, в котором было произведено больше энергии от процесса синтеза, чем затрачено лазерной энер­гии для его запуска, проведен 5 декабря в Наци­ональном комплексе лазерных термоядерных реакций США (NIF) в Ливерморской националь­ной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) — это прорыв, которого добивались в течение несколь­ких десятилетий.

Ядерный синтез представляет собой процесс, с помощью которого два легких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое ядро с высвобождением большого количества энергии. LLNL продолжает использовать лазеры для запуска реакции синтеза в лабораторных условиях с 1960-х гг., что привело к разработке в калифорнийской лаборатории серии все более увеличива­ющихся по мощности лазерных систем и созданию NIF, который описывается как крупнейшая в мире и наиболее энергетически эффективная лазерная система. Комплекс использует мощные лазерные лучи для создания температур и давлений, аналогичных тем, которые встречаются в ядрах звезд и планет-гигантов, а также внутри ядерных взрывов.

В эксперименте от 5 декабря было задействовано 192 лазерных луча для доставки более 2 млн джоулей (МДж) энергии ультрафиолета в топливную таблетку дейтерия-трития, чтобы вызвать так называемое воспламенение при слиянии, также называемое естественным энергетическим равновесием. При достижении выхода 3,15 МДж энергии синтеза от подачи 2,05 МДж на топ­ливную мишень, эксперимент впервые продемонстрировал фундаментальную научную основу инерциально удерживаемой энергии термоядерного синтеза (IFE).

Об этом достижении было объявлено совместно Министерством энергетики США (DOE) и Нацио­нальным управлением по физической ядерной безопасности (NNSA).

«Это знаковое достижение для исследователей и сотрудников Национального ком­плекса лазерных термоядерных реакций США, которые посвятили свою карьеру тому, чтобы запуск синтеза стал реальностью, и, несомненно, это событие приведет к еще большему количеству открытий», — сказала министр энергетики США Дженнифер Грэн- хольм.

«Это меняющая мир, улучшающая мир, спасающая жизни история,разворачивающаяся в реальном времени. Совершенно поразительно», — сообщила она в Твиттере.

Выступая во время прямой трансляции, администратор NNSA Джилл Хруби сообщила, что этот эксперимент ознаменовал «первые осторожные шаги на пути к созданию экологически чистого источника энергии, который мог бы произвести революцию в мире», а также сказала о его воз­можном применении для обеспечения изобилия чистой энергии, и о том, что этот прорыв будет также способствовать эффективному обеспечению физической ядерной безопасности.

«Стремление к запуску реакции синтеза в лаборатории является одной из самых значи­мых научных задач, когда-либо решаемых человечеством, и ее достижение является триумфом науки, инженерии и, прежде всего, людей», — сказала директор LLNL Ким Будил. — Преодоление этого порога — это видение, которое стало движущей силой для 60-ти лет самоотверженных усилий — непрерывного процесса обучения, строительства, расширения знаний и возможностей, а затем поиска путей преодоления новых возни­кающих проблем. Именно для решения этих проблем и были созданы национальные лаборатории США».

Инерциальное удержание плазмы является одним из двух основных экспериментальных подхо­дов к ядерному синтезу, которые изучаются в настоящее время. Синтез с магнитным удержани­ем плазмы использует сильные магнитные поля для удержания горячей плазмы в защитной обо­лочке, такой как токамак. Администрация США в начале этого года объявила о «десятилетнем видении» ускорения развития термоядерной энергетики на основе систем токамака, и Мини­стерство энергетики США заявило, что в настоящее время перезапускает широкую скоординиро­ванную программу IFE в США.

«В сочетании с инвестициями частного сектора задан большой импульс, чтобы стиму­лировать быстрый прогресс в коммерциализации синтеза», — сказала она. — «Базовая технология магнитного термоядерного синтеза более развита, чем IFE, — сказала Бу­дил, — но достижения NIF можно рассматривать как «фундаментальный строительный блок» системы инерционного термоядерного синтеза. Предстоит преодолеть очень значительные препятствия как в науке, так и в технологиях, но при согласованных уси­лиях первая термоядерная электростанция может быть построена уже через несколько десятилетий».

World Nuclear News, 13.12.2022