Версия для слабовидящих
Лазерный термоядерный синтез сделал шаг вперёд Печать Email
Новости науки
15.02.2014
Хотя шаг этот выглядит промежуточным — чтобы быть пригодным для большой энергетики, от слияния ядер нужно получить во много раз больше энергии, чем потрачено, — он так долго был недостижим, что казалось, его никогда уже не сделать.

Национальная лаборатория по активации управляемого термоядерного синтеза (National Ignition Facility, NIF) обладает мощнейшим на сегодня комплексом из 192 лазеров, при одновременном использовании которых общая энергия пучков достигает 1,8 МДж, воздействующих на крохотную мишень миллиардные доли секунды. Сама мишень содержит в себе маленькую сферу из замороженных дейтерия и трития, которые находятся внутри пластикового аблятора (оболочки, испаряющейся после обстрела мишени). В 2009–2012 годах итоги работы NIF были много слабее ожидавшихся: оказалось, что наши теоретические представления об эффективности и проблемах инерциального синтеза весьма неполны.

Полость, в которой находится капсула с топливом для термоядерного синтеза. Перед лазерным обстрелом её охлаждают до 18 К. (Здесь и ниже иллюстрации LLNL.)


В ту пору физики решили избежать проблем с неравномерным сжатием дейтерий-тритиевой мишени: вместо одного мощного импульса, сразу разогревавшего мишень (после чего та излучала в рентгеновском диапазоне, тем самым испаряя аблятор, то есть разрушая «стенки», и начинала быстро расширяться, из-за чего давление падало), они постепенно нагревали её — без резкого одиночного скачка.

Ранее таким образом удалось достичь обнадёживающих результатов — отдачи в 14 кДж и 17 кДж от одного лазерного «выстрела» при общей энергии импульсов, обрушившейся на мишень, в 10 кДж. Эти цифры могут показаться не согласовывающимися с названной выше мощностью лазеров, почти равной паре мегаджоулей, но в действительности противоречия нет. И импульсы, и термоядерная реакция шли буквально доли секунды, из-за чего и затраты энергии, и отдача были сравнительно умеренными, несмотря на всю мощность установки.

Как замечает член исследовательской группы NIF Пол Шпрингер (Paul Springer), впоследствии в одном из опытов использовался ещё более плавный нагрев мишени. Эта мысль, наверное, может показаться контрпродуктивной: если заранее нагреть предмет, то потом сжать его импульсно будет куда труднее, а для начала эффективной термоядерной реакции давление важно не меньше, чем температура.

Да, сжать мишень, предварительно нагретую до сверхвысоких температур, не очень просто, так как она сама начинает расширяться изнутри, и сжимать её — занятие сродни попытке сжать резиновое колесо, вначале хорошенько его накачав. Но на практике всё получилось не так плохо: давление и раньше создавать не слишком-то удавалось — из-за испарения аблятора, после которого испарению мишени уже ничто не мешало, поэтому потерь от ещё более плавного разогрева, по сути, не было. А вот то, что температура до разрушения аблятора была значительно поднята «шаг за шагом», позволило повысить энерговыход от одной «порции» инерциального синтеза до 26 кДж. А это едва ли не вдвое выше итогов сентября 2013-го.

Важно и то, что новые результаты очень близки к итогам предварительного компьютерного моделирования. Иные уже сомневались в важности именно этого момента: мол, победа разума над сарсапареллой, моделирование не термоядерный синтез. Но тут стоит вспомнить, что до этого три года подряд моделирование обещало инерциальному лазерному синтезу один энергетический выход, а на деле выходило то в 10, то в 100 раз меньше. Теперь мы хотя бы знаем, чего ждать.

Увы, на этом возможности плавного нагрева мишени приближаются к своему верхнему пределу: более плавный вряд ли даст большой прирост энергетического выхода. Однако учёные хотят помочь началу синтеза, поменяв форму мишени на такую, которая позволит симметричнее «сжимать» её лазерными импульсами.

«Чем меньше пластика в абляторе, тем быстрее термоядерное топливо взорвётся, — поясняет Дэниз Хинкель (Denise Hinkel) из NIF. — Однако какое-то количество пластика вам всё-таки понадобится, иначе при нагреве начнётся абляция топлива в мишени. Здесь нужен оптимальный баланс, но мы пока его не нащупали».

Она же чуть издали. Виден удерживающий её кронштейн.


Стив Коули (Steve Cowley), глава Куллхэмского центра термоядерный энергии (Великобритания), считает, что конкурирующий подход, когда сжатие топлива идёт за счёт магнитного поля, подошёл к близким результатам ещё в 1997 году: на 16 МВт ввода было получено 24 МВт на выходе. Однако ни это, ни близкий старт реактора ИТЕР не должны вести к сворачиванию усилий по лазерному синтезу. Никто не может сейчас поручиться, что ИТЕР не будут преследовать проблемы низкой отдачи вопреки предварительным расчётам, и тогда всё придётся начинать заново. Гораздо разумнее развивать оба подхода, всё ближе подтягивая их к экономической целесообразности.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Материал подготовлен при поддержке проекта

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10011470/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта