Опоздав на 10 лет, США, наконец, «зажгли плазму». Но выиграли от этого военные, а не термоядерная энергетика

Во вторник, 13 декабря, Министерство энергетики США (DOE) сообщило прессе поистине сенсационное известие: американские физики смогли «зажечь» плазму в управляемой термоядерной реакции. Иными словами, в эксперименте плазма начала разогревать себя сама за счет реакции синтеза. За последние полвека к этому рубежу удавалось подойти немногим исследовательским командам, а перешагнуть — никому. С точки зрения прогресса в области термоядерной энергетики это безусловное достижение.

Рекордный эксперимент проводили 5 декабря в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (National Ignition Facility, NIF). Топливная «таблетка» с дейтерием и тритием получила 2,05 мегаджоуля энергии, а энерговыделение последовавшего за этим взрыва составило 3,15 мегаджоуля. Соотношение между затраченной на создание плазмы и полученной от нее энергией определяют параметром Q, в данном случае он превысил 1,5. До этого самым большим значением Q было 0,7, и его тоже достигли на NIF.

Важно уточнить: впечатляющий результат американских физиков стал прорывом, но исключительно в рамках экспериментов. Это переход за черту «равновесия» (breakeven) к «зажиганию» (ignition), а для практического применения термоядерной реакции для выработки энергии требуется стабильное «горение» (burning plasma). Более того, NIF — не реактор, а очень специфический научный инструмент, поэтому «зажигание» зачтено лишь с научной точки зрения.

На деле с инженерной точки зрения эксперимент имел 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.

Иллюстрация, показывающая, что происходит в хольрауме в момент начала реакции. Ультрафиолетовые лазеры по сложной схеме облучают золотой цилиндр, внутри которого находится наполнитель (алмаз), окружающий топливо (смесь дейтерия и трития). Оболочки из золота и алмаза испаряются, генерируя рентгеновское излучение. Оно, в свою очередь, сдавливает и нагревает топливо. Если все параметры рассчитаны правильно, должна начаться реакция синтеза / © Livermore National Laboratory

В ближайших экспериментах сотрудники Национального комплекса лазерных термоядерных реакций постараются повторить «зажигание». Их результаты будут оформлены в научную работу и опубликованы в рецензируемом журнале. Пока исследователи поделились анонсом своего достижения и некоторыми деталями, которые требуют дальнейшей проверки.

Что интересно, для термоядерной энергетики этот рекорд, скорее всего, даст не так уж много. Возможно, вдохновит другие команды ученых по всему миру на более интенсивную работу.

А вот для военных это настоящий подарок: теперь они могут ставить натурные эксперименты, демонстрирующие в деталях, что происходит во время взрыва водородной бомбы. К слову, это и есть одно из основных назначений NIF — помощь Пентагону в совершенствовании термоядерного оружия.

Подробнее об устройстве Национального комплекса лазерных термоядерных реакций и его истории 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.