Лазерный мир

Термоядерный синтез инициировали с помощью петаваттного лазера LFEX в Университете Осаки (Япония). «Ядерные реакции между протонами и ядрами бора11, использовавшиеся для получения энергетических альфа-частиц, инициировались в плазме, генерируемой взаимодействием лазера мощностью около 3×1019 Вт/см2 и мишени из нитрида бора толщиной 0,2 мм, — ​пишут участники исследования Дмитрий Батани и Даниэль Маргон в статье «Целевая бор-протонная термоядерная реакция с использованием петаваттного лазера», опубликованной в журнале Applied Sciences. — ​Высокая скорость реакции синтеза, а следовательно, и большой поток альфа-частиц были созданы и измерены благодаря потоку протонов, ускоренному на передней поверхности мишени. Это был первый эксперимент, подтверждающий принцип действия, который продемонстрировал эффективную генерацию альфа-частиц».

Конструкция для эксперимента представляет собой полую металлическую сферу, где в центре удерживается топливная таблетка. С разных сторон сферы расположены отверстия для двух лазеров. Один лазер обеспечивает магнитное поле, удерживающее плазму, второй запускает лавинообразную цепную термоядерную реакцию. Альфа-частицы, генерируемые реакцией, создают электрический поток, который может быть направлен почти напрямую в электрическую сеть, не требуя теплообменника или паровой турбины.

Существуют две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза. Первая — ​квазистационарные системы, в которых плазма удерживается магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре. Для этого применяются токамаки, стеллараторы и зеркальные ловушки, которые различаются между собой конфигурацией магнитного поля. Вторая — ​импульсные системы. В них управляемый термоядерный синтез осуществляется путем кратковременного нагрева небольшой мишени, содержащей дейтерий и тритий, сверхмощными лазерными лучами или пучками высокоэнергичных частиц (ионов, электронов). Такое облучение вызывает последовательность термоядерных микровзрывов. Токамак — ​наиболее проработанная концепция, но и другие варианты могут быть перспективными.
Сама по себе идея лазерного, или импульсного, термоядерного синтеза не нова: ее еще в 1964 году предложили академики Николай Басов и Олег Крохин. Инновация австралийских ученых заключается в том, что они инициировали термоядерную реакцию между бором и водородом, а не между изотопами водорода — ​дейтерием и тритием, как предлагалось ранее. Для зажигания дейтерий-тритиевого синтеза нужна очень высокая температура.

«Во многих экспериментах по термоядерному синтезу используются лазеры для нагревания до сумасшедших температур — ​мы этого не делаем, — ​говорит Уоррен Маккензи, управляющий директор HB11 Energy. — ​Мы используем лазер для массового ускорения водорода через образец бора, используя нелинейное форсирование. Можно сказать, что мы используем водород в качестве дротика и надеемся попасть в бор, и если мы в него попадем, то сможем начать реакцию синтеза. С научной точки зрения температура — ​это скорость движения атомов. Когда термоядерный синтез создают при помощи высокой температуры, то, по существу, случайным образом перемещают атомы в надежде, что они столкнутся друг с другом. Наш подход гораздо точнее».

В ходе первой демонстрации концепции HB11 Energy реакция синтеза водорода и бора произвела в 10 раз больше термоядерных реакций, чем ожидали разработчики. Это их так вдохновило, что ученые заявили: теперь австралийский стартап является «глобальным лидером в гонке за коммерциализацию святого Грааля чистой энергии».

Источник: https://strana-rosatom.ru/2022/07/14/prevoshodstvo-bora-uchenye-nashli-novy/