Лазерный мир

Ученые вплотную приблизились к воспроизведению энергии Солнца – хотя только в водородной крупинке и на долю секунды.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса сообщили: используя 192 гигантских лазера для уничтожения гранулы водорода, они смогли создать вспышку мощностью более 10 квадриллионов ватт – энергии, высвобождаемой при слиянии атомов водорода в гелий. Это тот же процесс, который происходит внутри звезд, в том числе Солнца.

Марк Херрманн, заместитель директора Ливермора, сравнил реакцию термоядерного синтеза со 170 квадриллионами ватт солнечного света, падающими на поверхность Земли.

«Это примерно 10 процентов от этого», – сказал доктор Херрманн.

По его словам, вся термоядерная энергия исходит из горячей точки шириной с человеческий волос. Но взрыв – по сути, миниатюрной водородной бомбы – длился всего 100 триллионных долей секунды.

Тем не менее это вызвало взрыв оптимизма у ученых, которые долгое время надеялись, что термоядерный синтез когда-нибудь станет безграничным источником чистой энергии для человечества.

«Я очень рад этому», – сказал Зигфрид Гленцер – ученый, который много лет назад руководил начальными экспериментами по термоядерному синтезу на заводе в Ливерморе. – Это очень многообещающий для нас источник энергии на планете, который не будет выделять CO2».

Успех также означал пользу лазерного аппарата Ливермора размером с футбольное поле, который получил название National Ignition Facility (NIF). В 2014 году ученым здесь уже удалось произвести энергию, но она была ничтожной – эквивалент той, которую 60-ваттная лампочка потребляет за пять минут.

8 августа этого года всплеск энергии был намного больше – 70 процентов от энергии лазерного света, попадающего в водородную цель. Это все еще проигрышный вариант в качестве источника энергии, поскольку он потребляет больше энергии, чем производит. Но ученые уверены: дальнейшие скачки в выработке энергии возможны после точной настройки эксперимента.

Доктор Херрманн рассказал, что обычно ливерморские ученые не обсуждают результаты работы до тех пор, пока не будет опубликована научная статья с описанием результатов. Но эти данные, по словам Херрманна, «распространяются со скоростью лесного пожара, поэтому мы подумали, что было бы лучше обнародовать некоторые факты прямо сейчас».

Что еще звучит многообещающе: реакции синтеза впервые оказались самоподдерживающимися, а это означает, что поток частиц, истекающих наружу из горячей точки в центре гранулы, нагревает окружающие атомы водорода и заставляет их также плавиться.

Лазерные лучи фокусируются на золотом цилиндре размером с ластик для карандашей. При испарении золота образуются рентгеновские лучи, которые нагревают внутри гранулу водорода. Фото: The New York Times

Центром NIF является целевая камера – металлическая сфера шириной 10 метров с сияющим диагностическим оборудованием.

Лазерный комплекс заполняет здание площадью, равной трем футбольным полям. Каждый взрыв начинается с небольшого лазерного импульса, который через частично отражающие зеркала разделяется на 192 луча, затем отражается назад и вперед через лазерные усилители, а затем сходится на золотом цилиндре, который имеет размер и форму ластика для карандашей.

Лазерные лучи входят в верхнюю и нижнюю часть цилиндра, испаряя его. Это порождает внутреннюю атаку рентгеновских лучей, которая сжимает топливную таблетку, состоящую из тщательно замороженных дейтерия и трития, более тяжелых форм водорода. За короткое время взрывающиеся атомы сливаются вместе.

После первых многообещающих результатов 2014 года ученые NIF работали над постановкой эксперимента. Капсулы, содержащие водород, теперь сделаны из алмаза, а не из пластика – не потому, что алмаз прочнее, а потому, что он легче поглощает рентгеновские лучи. Ученые скорректировали конструкцию золотого цилиндра и лазерного импульса, чтобы минимизировать нестабильность.

У ученых теперь есть более совершенные диагностические инструменты.

После нескольких лет скромных улучшений комбинации модификаций начали окупаться, и расчеты показали, что эксперимент от 8 августа может утроить то, что NIF произвел весной. Выигрыш составил восемь раз, что намного больше, чем предполагалось.

«Я думаю, что все были удивлены», – сказал доктор Херрманн. Частью текущего анализа является выяснение того, какие изменения сработали так хорошо.

Осмотр камеры мишени на Национальном объекте зажигания в 2001 году. Фото: The New York Times

Сама NIF не может служить прототипом будущей электростанции. Его лазеры неэффективны, и он может “выстрелить” только один раз в день. А энергетическая установка для лазерного термоядерного синтеза должна будет испарять гранулы водорода со скоростью несколько штук в секунду.

Результат NIF указывает путь вперед, говорят ученые. Эксперименты продолжатся.

Источник: https://poisknews.ru/themes/physics/nyt-eksperiment-po-lazernomu-sintezu-vyzyvaet-vzryv-optimizma/