Физики из США, Японии и Франции сообщили о прогрессе в инерциальном управляемом термоядерном синтезе, достигнутом в расположенном в Ливерморской национальной лаборатории комплексе лазерных термоядерных реакций. Результаты исследований авторы опубликовали в Nature Physics, а кратко о них сообщается на сайте Phys.org.
При помощи новой технологии физики сумели до 7 процентов повысить коэффициент полезного действия установки (долю энергии, которая передается от лазеров мишени) по управляемому термоядерному синтезу. Это в четыре раза превышает ранее достигнутую эффективность подобных систем.
Для того чтобы добиться обозначенного результата, ученые представили технику визуализации, которая впервые позволяет рассмотреть перенос энергии быстрыми электронами в лазерной мишени до запуска в ней термоядерной реакции. Это, по словам авторов исследования, дает возможность рассчитать ключевые параметры реактора.
Визуализация потока энергии в капсуле
Изображение: High Energy Density Physics Group / UC San Diego
Инерционный управляемый термоядерный синтез предполагает использование множества лазеров для запуска реакции объединения дейтерия и трития в гелий. Установка в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций устроена следующим образом.
Мишень представляет собой полую пластиковую капсулу, на стенку которой нанесен водород. При облучении капсулы лазерами она расширяется и заставляет сжиматься расположенный внутри ее водород, который разогревается до плазмы. Плазма из дейтерия и трития начинает излучать в рентгеновском диапазоне и давит на капсулу.
Указанная схема позволяет системе не испариться после ее облучения лазером и обеспечивает равномерный нагрев плазмы. В своих опытах ученые в пластиковую оболочку ввели медь. Когда лазерный луч направляется на капсулу, последняя испускает быстрые электроны, которые попадают на медные индикаторы и заставляют их испускать рентгеновские лучи.
В своей работе ученые впервые смогли представить технику визуализации этого рентгеновского излучения. Оно представляет интерес, поскольку служит индикатором, позволяющим отслеживать перенос энергии электронами внутри капсулы и таким образом более аккуратно рассчитать параметры системы.
В дальнейшем планируется довести коэффициент полезного действия установки до 15 процентов. Работа открывает перспективы на пути инерционного управляемого термоядерного синтеза. Сегодня наиболее успешными проектами термоядерного реактора считаются токамак и стелларатор, в которых плазма удерживается магнитным полем.