Ученые добились самоподдерживающегося ядерного синтеза… но теперь они не могут его воспроизвести
Ученые подтвердили, что в прошлом году они впервые в лаборатории достигли реакции синтеза, которая самовоспроизводится (вместо того, чтобы выдыхаться), приближая нас к воспроизведению ядерной реакции, питающей Солнце.
Однако они не совсем уверены, как воссоздать эксперимент.
Ядерный синтез происходит, когда два атома объединяются, чтобы создать более тяжелый атом, высвобождая при этом огромный выброс энергии.
p>
Этот процесс часто встречается в природе, но его очень сложно воспроизвести в лаборатории, поскольку для поддержания реакции требуется высокоэнергетическая среда.
Солнце вырабатывает энергию с помощью ядерного синтеза. – сталкивая атомы водорода вместе, чтобы создать гелий.
Сверхновые – взрывающиеся солнца – также используют ядерный синтез для своих космических фейерверков. Сила этих реакций создает более тяжелые молекулы, такие как железо.
Однако в искусственных условиях здесь, на Земле, тепло и энергия имеют тенденцию уходить через механизмы охлаждения, такие как рентгеновское излучение и теплопроводность.
p>
Чтобы сделать термоядерный синтез жизнеспособным источником энергии для людей, ученые сначала должны добиться чего-то, называемого «воспламенением», когда механизмы самонагрева компенсируют все потери энергии.
После воспламенения достигнуто , реакция термоядерного синтеза подпитывается сама собой.
В 1955 году физик Джон Лоусон создал набор критериев, теперь известных как «критерии воспламенения, подобные Лоусону», чтобы помочь определить, когда произошло это возгорание.
>
Зажигание ядерных реакций обычно происходит в чрезвычайно интенсивных средах, таких как сверхновые звезды или ядерное оружие.
Исследователи из Национального центра воспламенения Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии потратили более десяти лет на совершенствование своей техники и подтвердили, что знаменательный эксперимент, проведенный 8 августа 2021 года действительно произошло первое в истории успешное зажигание реакции ядерного синтеза.
В недавнем анализе эксперимент 2021 года оценивался по девяти различным версиям критерия Лоусона.
«Это первый раз, когда мы преодолели критерий Лоусона в лаборатории, – рассказала New Scientist физик-ядерщик Энни Кричер из National Ignition Facility.
Для достижения этого В результате команда поместила капсулу с тритиевым и дейтериевым топливом в центр камеры с обедненным ураном, облицованной золотом, и запустила в нее 192 высокоэнергетических лазера, чтобы создать ванну интенсивного рентгеновского излучения.
интенсивная среда, создаваемая направленными внутрь ударными волнами, создавала самоподдерживающуюся реакцию синтеза.
В этих условиях атомы водорода подвергались синтезу, высвобождая 1,3 мегаджоуля энергии за 100 триллионных долей секунды, что составляет 10 квадриллионов ватт. мощности.
За последний год исследователи попытались воспроизвести результат в четырех аналогичных экспериментах, но удалось произвести только половину выхода энергии, полученного в рекордном начальном эксперименте.
Зажигание очень чувствительно к небольшим едва заметным изменениям, таким как различия в структуре каждой капсулы и интенсивности Критчер объясняет, что такое лазеры.
«Если начать с микроскопически худшей исходной точки, это отразится на гораздо большей разнице в конечном выходе энергии», – говорит физик плазмы Джереми Читтенден из Имперского колледжа Лондона. «Эксперимент 8 августа был оптимальным сценарием».
Теперь команда хочет определить, что именно требуется для достижения воспламенения и как сделать эксперимент более устойчивым к небольшим ошибкам. Без этих знаний процесс не может быть масштабирован для создания термоядерных реакторов, которые могли бы питать города, что является конечной целью такого рода исследований.
«Вы не хотите оказаться в ситуации, когда вы нужно сделать абсолютно все правильно, чтобы получить возгорание», — говорит Читтенден.
Эта статья была опубликована в Physical Review Letters.
