Термоядерний синтез - вперше в світі вчені домоглися створення «палаючої плазми»

Щоб перспектива безмежної чистої енергії, виробленої за допомогою термоядерного синтезу, стала реальністю, вченим необхідно, щоб реакції, що лежать в основі технології, стали самопідтримуваними, і нещодавно опубліковані дослідження наблизили їх до цієї мети. Фізики, які використовують потужний лазер в лабораторії National Ignition Facility, вперше отримали «палаючу плазму», на мить продемонструвавши, як паливо може забезпечити більшу частину тепла, необхідного для підтримки реакції.

Вчені вивчають технологію ядерного синтезу в лабораторії National Ignition Facility, відколи її ввели в експлуатацію 2009 року, використовуючи 192 лазери, розміщені всередині 10-поверхової будівлі, для доставки 1,9 мегаджоулів ультрафіолетової енергії на паливну капсулу розміром із невеликою кулькою.

Це створює величезний тиск і температуру, які змушують окремі атоми зливатися в гелій, реакція, яка вивільняє величезну кількість енергії.

Процес імітує реакції, що відбуваються всередині Сонця, але проблема в тому, що для їх створення тут, на Землі, потрібна величезна кількість енергії, щоб ініціювати сам процес. Головною метою в цій області є перетворення термоядерних реакцій в основне джерело тепла, створення самопідтримуваної форми ядерного синтезу і безперервного виробництва енергії.

Результати експериментів, проведених в NIF в листопаді 2020 р. і лютому 2021 р., підтверджують невеликі, але важливі кроки до цієї мети.

Вчені внесли кілька змін в установку, в тому числі збільшили кількість лазерної енергії, сфокусованої на паливі, при цьому змінили геометрію мішені і спосіб передачі енергії між лазерними променями.

Результатом цього став новий спосіб управління процесом імплозії, який стискає і нагріває паливо, дозволяючи створювати самонагрівну плазму.

«У цих експериментах ми вперше в світі досягли стану палаючої плазми, при якому з палива випромінюється більше термоядерної енергії, ніж потрібно для ініціювання термоядерних реакцій або кількості роботи, виконаної над паливом», - сказала провідний автор роботи Енні Кричер.

Хоча час життя плазми вимірювався всього наносекундами, отримання палаючої плазми - це крок до ядерного займання, коли процес продовжує підживлюватися для виробництва енергії.

До цієї реальності, ймовірно, ще досить далеко, але фізики розглядають ці короткоживучі фрагменти самонагрівної плазми як важливий доказ концепції.

«Експерименти з термоядерного синтезу протягом десятиліть призводили до термоядерних реакцій з використанням великої кількості» зовнішнього «нагріву для розігріву плазми», - сказав со-автор роботи Алекс Зілстра.

"Тепер вперше у нас є система, в якій сам синтез забезпечує більшу частину нагрівання. Це ключова віха на шляху до ще вищих рівнів продуктивності синтезу ".

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.