Изменив форму оболочки для капсулы с термоядерным топливом с цилиндра на мяч для регби можно добиться экономически целесообразного управляемого термоядерного синтеза, считают исследователи из Ливерморской национальной лаборатории (США) во главе с Петером Амендтом (Peter Amendt). Соответствующая работа вышла в журнале Physics of Plasmas.
На протяжении последнего десятилетия Ливерморская национальная лаборатория предприняла целый ряд попыток инициирования эффективного управляемого термоядерного синтеза (УТС) на инерциальной установке, где группа из 192 мощных лазеров подогревает и уплотняет капсулу с тяжелыми изотопами водорода. Таким образом ученые пытаются имитировать условия, существующие внутри звезд.
Традиционно для этого капсулу размещают внутри цилиндрического планковского излучателя (хольраума), который после нагрева лазером моментально переизлучает полученную энергию в мягком рентгеновском диапазоне. Благодаря переизлучателю энергия приходит к топливной капсуле внутри хольраума равномерно и симметрично со всех сторон, в то время как при прямом нагреве лазером достичь одновременного подогрева всех точек капсулы не удается.
Тем не менее, как обнаружила группа ученых Лаборатории во главе с Петером Амендтом, цилиндрический планковский излучатель является не самым лучшим выбором. Стенки цилиндра имеют сравнительно большую площадь в сравнении с другими геометрическими фигурами. Отсюда большие паразитные потери тепла вовне, уменьшающие количество энергии, доходящее до нагреваемого топлива. А именно сложность концентрирования энергии на топливе является главной трудностью, сдерживающей развитие инерциального термоядерного синтеза.
Поискав с помощью моделирования более подходящую форму, ученые пришли к выводу, что для всех инерциальных установок оптимальным вариантом будет форма наполненного гелием мяча для регби. У такой поверхности с одной стороны по-прежнему легко создать два симметричных края для входа лучей лазеров, а с другой – существенно меньше площадь. Благодаря последнему фактору переизлучатель будет терять намного меньше энергии на паразитное рассеивание в стороны и не успевшая рассеяться энергия более эффективно подогреет топливную капсулу внутри планковского переизлучателя.
По словам Амендта, моделирование показывает, что выход энергии на такой установке инерциального термоядерного синтеза существенно превысит ее затраты на лазерный «поджиг» реакции. Расчеты показывают, что реакция в подобной установке будет более энергетически выгодной, чем на любых предыдущих схемах такого рода.
Стоит отметить, что работы по улучшению энергоэффективности термоядерного синтеза ведутся многие десятилетия подряд и пока все ещё не привели к экономически привлекательным результатам. Не в последнюю очередь это связано с малой изученностью деталей поведения плазмы при температурах и давлениях, существующих в центре звезд и необходимых для начала слияния ядер.