Подтверждение "научной безубыточности" в реакции термоядерного синтеза с использованием лазера
Пять независимых групп исследователей рассмотрели работу и заявления группы Национального центра зажигания (NIF), которая объявила в декабре 2022 года, что они достигли первой реакции термоядерного синтеза с использованием лазера, которая превысила «научную безубыточность» — в которой больше энергии было произведено в результате искусственной реакции синтеза, чем использовано в ходе реакции. Учёные обстреляли лазерами капсулу, содержащую два типа тяжелого водорода. Это привело к выбросу рентгеновских лучей, что запустило процесс термоядерного синтеза. В эксперименте было использовано 2,05 мегаджоуля энергии для питания лазеров и измерено 3,15 мегаджоуля энергии реакции термоядерного синтеза. Во время эксперимента материал в капсуле был неожиданно перегрет за счет энергии реакции термоядерного синтеза до энергий, превышающих ту, которую дают лазеры.
(а) Схема типичного эксперимента ICF в НИФ, где 192 луча нагревают внутреннюю часть золотого хольраума до T R ~300 эВ, чтобы сжать капсулу DT диаметром 2 мм до условий, необходимых для плавления.
(b) Репрезентативный спектр излучения Хольраума, наблюдаемый калориметром Данте, показывающий тепловую область (синий) и эмиссию золота в m-диапазоне (красный).
Фото: Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.065104.
Все пять команд сделали подтверждения. Три команды опубликовали свои выводы и заключения в журнале Physical Review Letters; две другие команды опубликовали статьи в журнале Physical Review E.
После многих лет усилий нескольких команд по всему миру команды подтвердили, что термоядерный синтез можно использовать в качестве источника энергии. Этот подвиг знаменует новую эру в исследованиях ядерного синтеза – и, возможно, в производстве электроэнергии.
На самом базовом уровне ядерный синтез прост: когда легкие элементы соединяются с более тяжелыми, реакция приводит к высвобождению энергии. Такие реакции объясняют энергию, излучаемую звездами, включая Солнце. Предыдущие исследования показали, что для воссоздания таких реакций в лабораторных условиях требуется другая среда, чем та, что есть в звездах: необходимы более высокие температуры, а это означает использование большого количества энергии.
Это привело к цели найти способ генерировать реакции термоядерного синтеза , которые производят больше энергии, чем необходимо для их производства. Для достижения этой цели команда NIF обстреляла лазерами капсулу, содержащую два типа тяжелого водорода. Это привело к выбросу рентгеновских лучей, которые затопили топливо, запустив процесс термоядерного синтеза. В своем новаторском эксперименте команда NIF использовала 2,05 мегаджоуля энергии для питания лазеров и измерила 3,15 мегаджоуля энергии реакции термоядерного синтеза.
В своих обзорах некоторые команды, проводившие анализ экспериментов, отмечают, что, хотя команда НИФ добилась монументального прорыва, предстоит еще много работы, прежде чем термоядерный синтез можно будет использовать в качестве источника энергии. Например, физикам необходимо масштабировать эту технику, а выход должен быть намного выше, чтобы оправдать ее использование в коммерческих целях.
Но они нашли и повод для оптимизма — они обнаружили, например, что во время эксперимента материал в капсуле был неожиданно перегрет за счет энергии реакции термоядерного синтеза до энергий, превышающих ту, которую дают лазеры.
