Люди, увлекающиеся наукой, вероятно, разочарованы бесконечными обещаниями о «светлом термоядерном будущем» – ожидаемая чистая и недорогая энергия до сих пор не поступила в электросети. Несмотря на это, государства, обладающие ресурсами, продолжают финансировать чрезвычайно дорогостоящие исследования в этой сфере. Причина проста: разработка «мирного термояда» фактически превратилась в состязание, напоминающее гонку вооружений, только в научной области. И недавнее достижение американских ученых демонстрирует, как сильно это соперничество связано с военными разработками.
Во вторник, 13 декабря, Министерство энергетики США (DOE) сообщило прессе поистине сенсационное известие: американские физики добились запуска плазмы в управляемой термоядерной реакции. Это означает, что в ходе эксперимента плазма начала самостоятельно повышать свою температуру благодаря процессу синтеза. За последние пятьдесят лет лишь небольшому числу исследовательских групп удавалось приблизиться к этому результату, но никто не смог его достичь. Это значительный прорыв в развитии термоядерной энергетики.
5 декабря в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций состоялся рекордный эксперимент ( National Ignition Facility, NIF). Энергия, высвобожденная при взрыве, составила 3,15 мегаджоулей, при этом для создания плазмы и достижения реакции было затрачено 2,05 мегаджоулей энергии, содержащейся в топливной «таблетке» с дейтерием и тритием. Параметр, характеризующий отношение затраченной энергии к энергии, полученной от плазмы, определяет Q, в данном случае оно превысило 1,5. Ранее максимальным значением Q было 0,7, и его тоже достигли на NIF.
Впечатляющий результат, достигнутый американскими физиками, представляет собой значительный прорыв, однако только в контексте проводимых экспериментов. Это выход за установленные ранее границы «равновесия» ( breakeven) к «зажиганию» (ignition), а для практического использования термоядерной реакции в целях производства энергии необходимо устойчивое «горение» ( burning plasma). Более того, NIF — это не реактор, а уникальный научный инструмент, поэтому термин «зажигание» уместен лишь в научном контексте.
На практике, с инженерной точки зрения, эксперимент оказался Q существенно меньше единицы, мягко говоря. Чтобы накачать «таблетку» с топливом (хольраум) чуть более чем двумя мегаджоулями, все 192 лазера комплекса поглотили 322 мегаджоуля энергии. Проблема в том, что перед NIF не стоит задача вырабатывать электричество — его устройство не оптимально для таких целей. Зато позволяет во всех деталях изучать реакции синтеза.
В ходе предстоящих экспериментов специалисты Национального комплекса лазерных термоядерных реакций планируют воспроизвести процесс «зажигания». Полученные результаты будут представлены в научной работе и опубликованы в научном издании, прошедшем рецензирование. На данный момент исследователи сообщили о предварительных результатах и предоставили некоторые сведения, нуждающиеся в дополнительной проверке.
Вклад этого достижения в развитие термоядерной энергетики, вероятно, будет незначительным. Однако, оно может стимулировать другие научные коллективы во всем мире к более активным исследованиям.
Для военнослужащих это настоящее приобретение: теперь им доступна возможность проведения практических экспериментов, наглядно показывающих процессы, протекающие во время взрыва водородной бомбы. Следует отметить, что это является одной из ключевых целей NIF — содействие Пентагону в модернизации термоядерного вооружения.
История и устройство Национального комплекса лазерных термоядерных реакций заслуживают более детального рассмотрения Naked Science рассказывал в новости об экспериментах, без которых рекордный результат не был бы возможен. Если вкратце, то изначально «зажигание» планировали выполнить еще в первую кампанию комплекса — до 2012 года. Но выяснилось множество фундаментальных трудностей, на преодоление которых ушли десять лет совершенствования технологии, а также оборудования.