Достижения в области управляемых реакций термоядерного синтеза являются крайне редкими событиями. На этом фоне достижение команды исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса, работающей с лазерной установкой National Ignition Facility (NIF), выглядит более чем впечатляюще. Впервые исследователям удалось добиться того, что в результате реакции термоядерного синтеза топлива, состоящего из смеси дейтерия с тритием, выделилось больше энергии, чем было затрачено на ее инициацию.
К сожалению, сейчас исследователи еще далеки от главной цели своих экспериментов, от инициации самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза. Это происходит из-за того, что большая часть от 1.8 мегаджоулей энергии импульсов лазерного света тратится впустую. Лишь менее одного процента от суммарной энергии импульсов света 192 лазеров достигает шарика топлива, содержащего 170 микрограмм смеси дейтерия и трития.
Отметим, что информация о первых "поджигах" реакции термоядерного синтеза на установке NIF была опубликована в августе прошлого года, а количество энергии, выделившейся в виде высокоэнергетических нейтронов, составила около 8 тысяч джоулей. А недавно, согласно информации опубликованной в журнале Nature, исследователям удалось поднять уровень выделяющейся энергии до 17 тысяч джоулей, что уже превысило количество энергии, "закачанной" непосредственно в топливный шарик.
Следует напомнить нашим читателям, что конечной целью создания лазерной установки National Ignition Facility и проводимых на ней экспериментов являлось получение самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза. Согласно первоначальным планам, цель должна была быть достигнута уже к концу 2012 года. Но, как всем хорошо известно, несмотря на то, что конечный срок неоднократно переносился, главная цель так и не была достигнута.
Произведя анализ всех собранных во время экспериментов данных, ученые обнаружили главную ошибку, которая мешала им двигаться дальше. Все дело оказалось в форме импульса лазерного света, который начинался с минимальной мощности, увеличивающейся до максимума к концу импульса. Такая форма импульса обеспечивала максимальную эффективность сжатия топливного шарика, но вместе с этим она стала источником нестабильности всей системы в целом. Когда температура и давление в пределах топливного шарика начинали приближаться к условиям возникновения реакции термоядерного синтеза, в объеме топлива возникли многочисленные крошечные локальные очаги этой реакции, которые выделяли энергию и становились причиной взрыва. Этот взрыв распылял топливо, его плотность резко уменьшалась и реакция синтеза не могла идти дальше.
Обнаружив такое явление, исследователи кардинально изменили форму импульса лазерного света, который начинался с уровня максимальной мощности постепенно сходя на нет. Такая форма импульса не позволяет добиться высокой степени сжатия топлива, но она очень быстро поднимает его температуру до огромного значения, что приводит к взрывообразному расширению топлива, которое создает локальные области высокого давления, требующиеся для инициации реакции термоядерного синтеза. Совместное действие двух вышеописанных эффектов позволяет получить условия, требующиеся для начала реакции, оставляя при этом всю систему в относительно стабильном состоянии.
"В результате наших нововведений мы получили давление в топливном шарике в 150 миллиардов атмосфер. Плотность материала топлива в таких условиях превысила в 2.5-3 раза плотность материи в ядре Солнца" - рассказывает Омар Уррикане (Omar Hurricane), физик из Лаборатории Лоуренса, - "При этом, топливный шарик подвергся не такому уж и большому сжатию, он был сжат всего в 35 раз, намного меньше, чем мы добивались в предыдущих экспериментах".
В ближайшее время ученые NIF планируют еще увеличить в положительную сторону энергетический баланс реакции термоядерного синтеза. Это может быть достигнуто за счет изменения формы и конструкции капсулы, заключающей в себе шарик смеси трития и дейтерия, и если это удастся успешно реализовать, то следующим шагом экспериментов уже может стать инициация самоподдерживающейся реакции.