Впервые реакция термоядерного синтеза генерирует больше энергии, чем поглощает

Впервые в реакции термоядерного синтеза был достигнут рекордный выход энергии в 1,3 мегаджоуля - и впервые она превысила энергию, поглощаемую топливом, используемым для ее запуска.

Хотя впереди еще кое-что, результат представляет собой значительное улучшение по сравнению с предыдущими урожаями: в восемь раз больше, чем в экспериментах, проведенных всего за несколько месяцев до этого, и в 25 раз больше, чем в экспериментах, проведенных в 2018 году. Это огромное достижение.

Физики Национального центра зажигания Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса представят доклад на экспертную оценку.

"Этот результат является историческим шагом вперед в исследованиях термоядерного синтеза с инерционным удержанием, открывая принципиально новый режим для исследований и продвижения наших важнейших задач национальной безопасности. Он также является свидетельством новаторства, изобретательности, приверженности и стойкости этой команды и многие исследователи в этой области на протяжении десятилетий упорно преследовали эту цель", - сказал Ким Будил, директор Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.

"Для меня это демонстрирует одну из самых важных ролей национальных лабораторий - нашу неустанную приверженность решению самых больших и важных научных задач и поиску решений там, где препятствия могут отговорить других".

Термоядерный синтез с инерционным удержанием предполагает создание чего-то вроде крошечной звезды. Все начинается с капсулы с горючим, состоящей из дейтерия и трития - более тяжелых изотопов водорода. Эта топливная капсула помещается в полую золотую камеру размером с ластик для карандашей, называемую хольраумом.

Затем 192 мощных лазерных луча попадают в хольраум, где они преобразуются в рентгеновские лучи. Эти рентгеновские лучи взрывают топливную капсулу, нагревая и сжимая ее до условий, сравнимых с условиями в центре звезды - температура превышает 100 миллионов градусов по Цельсию и давление превышает 100 миллиардов атмосфер Земли - превращая топливо капсулу в крошечный шарик плазмы.

И точно так же, как водород превращается в более тяжелые элементы в сердце звезды главной последовательности, то же самое делают дейтерий и тритий в топливной капсуле. Весь процесс занимает всего несколько миллиардных долей секунды. Цель состоит в том, чтобы добиться возгорания - точки, в которой энергия, генерируемая в процессе термоядерного синтеза, превышает общую подводимую энергию.

Эксперимент, проведенный 8 августа, пока не достиг таких показателей; входная мощность лазеров составляла 1,9 мегаджоулей. Но это все еще невероятно интересно, потому что, согласно измерениям команды, топливная капсула поглощала в пять раз меньше энергии, чем генерировалась в процессе термоядерного синтеза.

Это, как заявила команда, является результатом кропотливой работы по уточнению эксперимента, включая дизайн хольраума и капсулы, улучшенную точность лазера, новые диагностические инструменты и изменения конструкции для увеличения скорости взрыва капсулы, которая передает больше энергия к горячей точке плазмы, в которой происходит термоядерный синтез.

"Получение экспериментального доступа к термоядерному ожогу в лаборатории - это кульминация десятилетий научной и технической работы, продолжавшейся почти 50 лет", - сказал Томас Мейсон, директор Лос-Аламосской национальной лаборатории. "Это позволяет проводить эксперименты, которые проверят теорию и моделирование в режиме высокой плотности энергии более строго, чем когда-либо прежде, и обеспечат фундаментальные достижения в прикладной науке и технике".

Команда планирует провести дополнительные эксперименты, чтобы увидеть, смогут ли они воспроизвести свой результат, и изучить процесс более подробно. Результат также открывает новые возможности для экспериментальных исследований.

Физики также надеются выяснить, как еще больше повысить энергоэффективность. Когда лазерный свет преобразуется в рентгеновские лучи внутри хольраума, теряется много энергии; вместо этого большая часть лазерного излучения идет на нагрев стен хольраума. Решение этой проблемы приблизит нас еще на один значительный шаг к термоядерной энергии.

Между тем, исследователи чрезвычайно взволнованы.

"Достижение зажигания в лаборатории остается одной из грандиозных научных задач нашей эпохи, и этот результат является важным шагом на пути к достижению этой цели", - сказал физик Йохан Френье из Центра изучения плазмы и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института.

"Это также позволяет исследовать принципиально новый режим, к которому чрезвычайно трудно получить доступ экспериментально, углубляя наше понимание процессов зажигания и горения термоядерного синтеза, что имеет решающее значение для проверки и улучшения наших инструментов моделирования в поддержку управления запасами.

"Кроме того, результат является историческим, поскольку он представляет собой кульминацию многих десятилетий упорного труда, инноваций и изобретательности, крупномасштабной командной работы и неустанного внимания к конечной цели".