Лазерният термоядрен синтез направи крачка напред
Последно: 13 февруари 2014 г. в 22:32
Специалистите от Националната лаборатория Лорънс Ливърмор в Бъркли успяха да получат от лазерен термоядрен синтез повече енергия от изразходваната за неговото провеждане.
Крачката на учените изглежда междинна – за да стане годно за голямата енергетика, сливането на ядрата трябва да даде в пъти повече енергия от изразходваната, което толкова дълго беше непостижимо, че изглеждаше никога да не се случи.
Националната лаборатория по активиране на управляем термоядрен синтез (National Ignition Facility, NIF) разполага с най-мощния днес комплекс от 192 лазера, при едновременното използване на които общата енергия на лъчите достига 1,8 MJ, въздействащи на малка мишена за милиардни части от секундата.
Самата мишена съдържа малка сфера със замразени деутерий и тритий, които се намират в пластмасов аблатор (обвивка, изпаряваща се след обстрела на мишената). През 2009–2012 г. резултатите от работата на NIF били много по-слаби от очакваните – оказало се, че нашите теоретични представи за ефективността и проблемите на инерциалния синтез са доста непълни.
Този път физиците решили да избегнат проблема с неравномерното свиване на деутерий-тритиевата мишена – вместо един мощен импулс, който веднага загрява целта (след което тя излъчва в рентгеновия диапазон, изпарявайки аблатора, тоест разрушавайки „стените“ и започвайки бързо да се разширява, от което налягането спада), те я загрявали постепенно.
По-рано по такъв начин са постигани обнадеждаващи резултати – отдаването на 14 kJ и 17 kJ от един лезерен „изстрел“ при обща енергия на импулсите, изпращани в мишената, от 10 kJ. Тези цифри може да изглеждат несъгласувани с посочената мощност на лазерите, но всъщност противоречие няма. И импулсите, и термоядрената реакция продължавали буквално части от секундата, от което и разходът на енергия, и отдаването били сравнително умерени, независимо от цялата мощност на инсталацията.
Както отбелязва Пол Спрингър от изследователската група на NIF, впоследствие в един от опитите е използвано още по-плавно загряване на мишената.
Не е лесно да се свие мишена, предварително нагрята до свръхвисоки температури, тъй като самата тя започва да се разширява отвътре. Но на практика всичко се получило не толкова лошо: да се създаде налягане, и преди не било толкова успешно – поради изпарението на аблатора, след което на мишената вече нищо не пречи, затова загуба от още по-плавното нагряване нямало. А това, че температурата до разрушаването на аблатора била повдигана „крачка след крачка“, позволило да се получи повече енергия от една „порция“ инерциален синтез – до 26 kJ. А това е едва ли не два пъти повече от резултатите от септември 2013 г.
Важно е и това, че новите резултати са много близки до тези на предварителното компютърно моделиране.
Уви, с това възможностите на плавното загряване на мишената се приближават към горния си предел и ако то е по-плавно, едва ли ще даде повече енергия на изхода. Но учените искат да помогнат на началото на синтеза, като променят формата на мишената с такава, която ще позволи симетричното ѝ „свиване“.
„Колкото по-малко е пластмасата в аблатора, толкова по-бързо термоядреното гориво се взривява – пояснява Денис Хинкел от NIF. – Но известно количество пластмаса все пак е необходимо, иначе при нагряване започва аблация на гориво в мишената. Тук е необходим оптимален баланс, но ние още не сме го уцелили.“
Стив Коули, ръководител на Центъра по термоядрена енергия на Великобритания, смята, че конкуриращ подход, в който свиването на горивото става от магнитно поле, е стигнал до близки резултати още през 1997 г.: при 16 MW на входа били получени 24 MW на изхода.
Но нито това, нито близкият старт на реактора ITER не трябва да водят до намаляване на усилията по лазерен синтез. Никой не може да гарантира, че ITER няма да бъде преследван от проблема с ниско отдаване въпреки предварителните изчисления и тогава всичко ще трябва да започне отначало.
Доста по-разумно е да се развиват двата подхода, доближавайки се все повече към икономическата им целесъобразност.
Отчет за изследването е публикуван в сп. Physical Review Letters.
