5 декабря на Национальной установке зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) был проведен первый в истории эксперимент по контролируемому термоядерному синтезу, в результате которого было получено больше энергии, чем энергия лазера, используемого для его запуска, - прорыв, к которому шли мировые ученые последние семь десятилетий.
Ядерный синтез - это процесс, при котором два легких ядра объединяются в одно более тяжелое ядро с выделением большого количества энергии. LLNL занимается использованием лазеров для осуществления термоядерного синтеза в лабораторных условиях с 1960-х годов, построив в Калифорнии серию все более мощных лазерных систем, что привело к созданию NIF, которую называют самой большой и самой энергетически-мощной лазерной системой в мире. В установке используются мощные лазерные лучи для создания температур и давления, подобных тем, которые наблюдаются в ядрах звезд и гигантских планет, а также при ядерных взрывах.
Лазерная термоядерная установка NIF стоимостью 3,5 миллиарда долларов начал свою "зажигательную" кампанию в 2010 году. Её лазерная система, размещенная в здании размером с три американских футбольных поля, подает мощный инфракрасный импульс длиной в наносекунду, который разделяется на 192 луча, преобразующихся в ультрафиолетовый свет. Лучи фокусируются на мишени, содержащей топливную капсулу размером с горошину перца. Нагретая до миллионов градусов она испускает рентгеновские лучи, которые испаряют алмазную оболочку капсулы. Взорвавшийся алмаз в ней взрывает далее само топливо, сжимая и нагревая его. Если сжатие топлива происходит достаточно симметрично, реакции термоядерного синтеза начинаются в центральной горячей точке и плавно распространяются наружу, а тепло от синтеза вызывает еще большее горение. Это самоподдерживающееся горение и определяет так называемое термоядерного зажигание. Ключевым моментом нового эксперимента оказалось использование гладкой алмазной капсулы - которая стала самой идеально гладкой и сферической из всех, которые ученые LLNL когда-либо ранее делали.
В эксперименте 5 декабря также использовались 192 лазерных луча для доставки более 2 миллионов джоулей (МДж) к топливной мишени из дейтерия-трития для создания так называемого “термоядерного зажигания”. Достигнув выхода 3,15 МДж термоядерной энергии от подачи 2,05 МДж на топливную мишень, эксперимент впервые продемонстрировал фундаментальные научные основы энергии термоядерного синтеза в лазерном инерциальном удержании (IFE).
Об этом достижении было объявлено сегодня совместно Министерством энергетики США (DOE) и Национальным управлением ядерной безопасности (NNSA).
"Это знаковое достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свою карьеру тому, чтобы лазерное термоядерное зажигание стало реальностью, и эта веха, несомненно, послужит толчком к еще большему количеству открытий", - сказала министр энергетики США Дженнифер Грэнхолм, - "Это меняющая мир, улучшающая мир, спасающая жизни история, разворачивающаяся в реальном времени. Совершенно поразительно".
Выступая во время прямой трансляцииexternal link, opens in a new tab, администратор NNSA Джилл Хруби сказала, что эксперимент знаменует собой "первые предварительные шаги на пути к экологически чистому источнику энергии, который может произвести революцию в мире".
"Стремление к лазерному термоядерному зажиганию в лаборатории - одна из самых значительных научных задач, когда-либо стоявших перед человечеством, и ее решение - это триумф науки, инженерии и, прежде всего, людей", - сказала директор LLNL Ким Будил, - "Преодоление этого порога - это видение, которое стало движущей силой 60 лет самоотверженных усилий - непрерывного процесса обучения, строительства, расширения знаний и возможностей, а затем поиска путей преодоления возникающих новых проблем. Именно для решения этих проблем и были созданы национальные лаборатории США".
Лазерный инерционный конфайнмент - это один из двух основных экспериментальных подходов к термоядерному синтезу, которые изучаются в настоящее время. Магнитный термоядерный синтез использует сильные магнитные поля для удержания горячей плазмы в защитной оболочке, такой как токамак. США ранее в этом году объявили о "десятилетнем видении" ускорения термоядерной энергетики на основе токамаков, и Министерство энергетики заявило, что в настоящее время возобновляет широкую скоординированную программу лазерного термоядерного синтеза в США.
"В сочетании с инвестициями частного сектора имеется большой импульс для быстрого продвижения к коммерциализации термоядерного синтеза", - говорится в сообщении Минэнерго США.
По словам Ким Будила, базовая технология магнитного термоядерного синтеза более развита, чем технология IFE, но достижения NIF можно рассматривать как "фундаментальный строительный блок" системы лазерного инерционного термоядерного синтеза.
“Предстоит преодолеть очень значительные препятствия как в науке, так и в технологиях, но при согласованных усилиях первая термоядерная электростанция может быть построена уже через несколько десятилетий", - сказала она.
