В 1938 году физик из Мичиганского университета Артур Рулиг случайно совершил прорывное открытие — впервые зафиксировал реакцию дейтерий-тритиевого (DT) синтеза. Однако его работа, опубликованная в виде письма редактору в журнале Physical Review, осталась практически незамеченной и со временем канула в лету.
Теперь, почти столетие спустя, команда ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории совместно с исследователями из Университета Дьюка не только обнаружила забытый эксперимент Рулига, но и успешно воспроизвела его, подтвердив значимость открытия для современной науки.
DT-синтез сегодня играет ключевую роль в разработке термоядерной энергетики и технологиях ядерного сдерживания. Однако долгое время оставалось загадкой, когда и кем впервые была обнаружена эта реакция.
Физики Марк Чедвик и Марк Парис из Лос-Аламоса, изучая ранние этапы исследований термоядерного синтеза, наткнулись на упоминание о DT-реакции в работах физика Эмиля Конопинского, сделанное в 1942 году во время конференции под руководством Роберта Оппенгеймера. Это натолкнуло их на вопрос: откуда Конопинский получил столь раннее представление о потенциале DT-синтеза?
Углубившись в архивные материалы, Чедвик обнаружил аудиозапись 1986 года, в которой Конопинский ссылался на «довоенные исследования», упоминая, что реакция дейтерия с тритием высвобождает больше энергии и происходит легче, чем синтез двух ядер дейтерия. Это привело ученых к письму Рулига 1938 года, где он описывал необычно энергичные протоны, возникающие при бомбардировке дейтерия дейтронами. Рулиг предположил, что это результат вторичных реакций с участием трития и сделал вывод: DT-синтез должен быть «исключительно вероятным».
Чтобы проверить гипотезу Рулига, команда Чедвика и Париса решила повторить его эксперимент с использованием современного оборудования. При поддержке директора Лос-Аламосской лаборатории Тома Мейсона они совместно с физиками из Университета Дьюка воспроизвели условия опыта 1938 года в лаборатории Triangle Universities Nuclear Laboratory в Северной Каролине. Ученые использовали пучок дейтронов низкой энергии из ускорителя Tandem, направив его на мишень из дейтерированной фосфорной кислоты, аналогичной той, что применял Рулиг. Для регистрации нейтронов, возникающих при DT-синтезе, использовался жидкий сцинтилляционный детектор.
«В отличие от современных экспериментов по инерционному удержанию плазмы, мы впервые провели DT-синтез как вторичную реакцию на установке низкоэнергетической ядерной физики», — пояснил Вернер Торноу, ведущий физик проекта.
Подтверждение открытия Рулига Результаты эксперимента подтвердили, что вторичные DT-реакции действительно происходят в описанных Рулигом условиях, хотя он и переоценил их частоту. Тем не менее, современные данные оказались близки к его оценкам.
«Несмотря на расхождения в расчетах, наша реконструкция не оставляет сомнений: Рулиг был прав, утверждая, что DT-синтез “исключительно вероятен”», — заявил Чедвик.
Открытие Рулига, хоть и забытое на десятилетия, заложило основу для последующих исследований, включая проекты термоядерной энергетики и разработку ядерного оружия. В знак признания его вклада команда опубликовала результаты своей работы в Physical Review — том самом журнале, где 87 лет назад появилось письмо Рулига.
«Мы гордимся тем, что вернули имя Артура Рулига в историю науки как одного из пионеров термоядерного синтеза», — подчеркнул Чедвик.