Z машина прави прогрес в ядрения синтез

Американски учени получиха вторична термоядрена реакция на тритий и деутерий на инсталацията Z-машина.

Изследователи от Sandia National Laboratories в Албукерк, Ню Мексико, успяха да постигнат съществен успех по пътя към енергоефективния термоядрен синтез.

С използването на експерименталната инсталация Z машина, генерираща изключително мощни електрични импулси, учените започнали да регистрират съществен брой неутрони – елементарни частици, съпътстващи този процес. На тази инсталация се практикува нов подход към термоядрения синтез, като получените резултати демонстрират неговата ефективност.

По време на термоядрения синтез енергията се произвежда не от разпада на ядрото на атома, а в резултат на сближаването на две ядра, след което се образуват ядра на по-тежки елементи и едновременно се освобождава енергия на силно взаимодействие.

За такава реакция е необходимо достатъчно евтино и разпространено гориво – водород, и в резултат се образува вещество, незамърсяващо околната среда.

Основният проблем на широкото разпространение на термоядрения синтез е нерентабилността на съществуващите инсталации. Засега за стартиране на реакцията се изразходва повече количество енергия, отколкото се получава.

Сложността е в това, че ядрата на атомите имат положителен заряд и се отблъскват едно от друго. За сблъсъка им е необходимо да се ускорят до скорости около 1000 км/с. За да се постигне реакция, веществото се нагрява до повече от 50 млн. градуса по Целзий – при такава температура газът се превръща в плазма, тоест пребивава в състояние, когато атомните ядра и електроните са отделени едно от друго. Плазмата не бива да докосва стените на контейнера, иначе ще ги разтопи.

Съществуват две технологии за постигане на термоядрен синтез: инерциално и магнитно удържане на плазмата, използвано в инсталациите тип токамак. В първия случай горивото се нагрява с лазер бързо и равномерно, в резултат на което плазмата се задържа от силите на инерцията, а във втория за тази цел се прилага магнитно поле.

По време на реакцията в Z машина се използват и двете технологии.

Инсталацията изпраща заряд със сила на тока 19 млн. ампера през горивото, поставено в малък контейнер с размери 5 х 7,5 мм. Полученото електромагнитно поле го свива със скорост 70 км/с. Тогава горивото се нагрява от маломощен лазерен импулс, след което към него се прилага устойчиво магнитно поле.

Реакциите, протичащи в плазмата, повдигат индукцията на електромагнитното поле от 10 тесла до 10 000 тесла, в резултат на което тя се задържа на място.

Както пишат изследователите, миналата седмица те са успели да нагреят плазмата до 35 млн. градуса по Целзий и да открият около 2 трилиона неутрона по време на всяка деутерий-тритиева реакция, производна на която се явяват хелий-3 (тритий) и неутрон.

По такъв начин учените са увеличили броя на реакциите 100 пъти. За да се отстранят загубите на енергия, техният брой трябва нарасне още 10 000 пъти.

В хода на експеримента бил отбелязан и друг заслужаващ внимание резултат: по време на вторичната реакция на деутерия и трития също били регистрирани неутрони (около 10 млрд. по време на всяка от тях). Обикновено реакция между деутериевите производни развива прекалено голяма скорост за повторна реакция, но по време на експеримента електромагнитното поле се оказало достатъчно мощно за тяхното забавяне и взаимодействието станало възможно.

Според компютърните модели силата на тока на Z машина (27 млн. ампера) трябва да е достатъчно, за да изведе технологията на рентабилно равнище. Освен това се планира увеличаване на силата на тока, произвеждан от инсталацията, до 60 млн. ампера.