Международная группа исследователей совершила теоретический прорыв, который может кардинально упростить достижение управляемого термоядерного синтеза.
Согласно новому исследованию, использование интенсивных лазеров низкой частоты способно в миллиарды раз повысить вероятность слияния атомных ядер, позволяя преодолевать фундаментальное энергетическое барьер при значительно более низких температурах, чем считалось возможным.
Традиционно для запуска термоядерной реакции, аналогичной процессам на Солнце, необходимо разогреть топливо до сотен миллионов градусов, чтобы преодолеть силу электростатического отталкивания между ядрами — так называемый "кулоновский барьер". Однако ученые обнаружили парадоксальный механизм: лазеры с относительно низкоэнергетическими фотонами, например, ближнего инфракрасного диапазона, оказываются гораздо эффективнее для помощи в слиянии, чем мощные рентгеновские лазеры.
Объяснение феномена заключается в многофотонном взаимодействии. При столкновении ядра в интенсивном поле низкочастотного лазера могут поглощать и излучать огромное количество "невысоких" фотонов. Этот процесс приводит к квантово-механическому эффекту, расширяющему диапазон эффективных энергий столкновения, что многократно увеличивает вероятность туннелирования — преодоления кулоновского барьера вопреки классическим энергетическим ограничениям.
Расчёты на примере дейтерий-тритиевой реакции показали ошеломляющий эффект. При энергии столкновения ядер всего в 1 кэВ, когда синтез в обычных условиях практически невозможен, применение низкочастотного лазера с интенсивностью 5×1021 Вт/см² увеличивает вероятность реакции в миллиард раз. Это делает синтез при 1 кэВ столь же вероятным, как и реакция при 10 кэВ без лазерного воздействия.
Авторы подчеркивают, воздействие интенсивного лазерного излучения служит не заменой нагрева, а мощным вспомогательным механизмом, кардинально смягчающим экстремальные температурные требования к термоядерному топливу. Предложенная универсальная теоретическая модель применима к большинству реакций синтеза и доступным сегодня типам лазеров. Следующим этапом станет моделирование в условиях, приближенных к реальной плазме, с учётом взаимодействия лазера с веществом. Это исследование открывает новое направление для экспериментов на установках следующего поколения и даёт надежду на более доступный путь к энергии звезды на Земле.