14 февраля 2014

В США впервые в истории совершена реакция термоядерного синтеза с положительным энергетическим выходом

Установка National Ignition Facility

Исследователи Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса Минэнерго США впервые в мире смогли получить с помощью термоядерного синтеза большее количество энергии, чем было затрачено на топливо. Достижение эффекта стало возможным благодаря установкам лазерного комплекса National Ignition Facility.

В процессе реакции было получено на 1% больше энергии от объема, потраченного на старт синтеза, однако даже такой скромный показатель свидетельствует о серьезном прорыве в исследованиях, отмечает представитель Sandia National Laboratory Марк Херрманн. Управление термоядерным синтезом является трудоемким процессом, поскольку ученым приходится оперировать с плазмой, температура которой достигает миллионов градусов.

В отличие от ядерной реакции, в которой энергию получают с помощью распада тяжелых атомных ядер, в процессе термоядерного синтеза происходит слияние легких ядер водорода и других элементов. При этом небольшая часть ядер трансформируется в энергию. По такому же принципу генерируют энергию Солнце и другие звезды. Для зажигания синтеза необходимы значительные энергетические затраты, а также успешное преодоление сил электростатического отталкивания, возникающих между атомными ядрами.

Силы отталкивания удалось преодолеть с помощью 192 лазерных установок NIF путем облучения хольраума — контейнера, содержащего тритий и дейтерий. При облучении корпус контейнера взрывается, в результате чего происходит сжатие атомных ядер, после этого запускается реакция термоядерного синтеза. Ранее ученым не удавалось достичь выхода энергии в количестве, большем затраченного, поскольку поглощение лазерного излучения происходило неравномерно.

Исследователям пришлось перенастроить лазеры для доставки максимального количества энергии в самом начале импульса. В результате пластиковая оболочка хольраума интенсивно нагрелась, а ее испарение стало более равномерным. Выход энергии составил от 1,2 до 1,9 объема затраченной, большая часть была израсходована на нагревание топлива, что является обязательным условием управляемой реакции. В итоге количество энергии с учетом данных потерь превысило объем затраченной на 1%.