Магнитно-инерциальный термоядерный синтез может быть испытан уже в 2013 году

Новый гибридный подход к термоядерному синтезу, предложен исследователями из американской Национальной лаборатории Сандия (НЛС). Он, напомним, объединяет магнитное воздействие на вкладыш с дейтерием и тритием с воздействием на него же сжатием при помощи лазерных импульсов.

Хотя магнитный метод создания и удержания высокотемпературной плазмы применялся в токамаках, а инерциальный — обстрел сверхкороткими лазерными импульсами мишеней из дейтерия и трития — в экспериментальных установках, ни там ни там пока не удалось достичь состояния «пылающей плазмы» (Burning Plasma), когда термоядерная реакция будет поддерживаться главным образом альфа-частицами, которые продуцируются в процессе реакции, а не внешним нагревом магнитными или инерциальными средствами. Для этого нужно, чтобы энергия, выделяющаяся при реакции, превосходила затрачиваемую на нагрев примерно впятеро (Q ≈ 5). Более того, чтобы говорить об экономически оправданной термоядерной энергетике, нужно иметь хотя бы тридцатикратное превышение (Q ≈ 30).

Однако, как выяснилось некоторое время назад, в чистой токамаковой схеме предел Гринвальда, по всей видимости, вообще непреодолим, чему причиной формирование микропузырьков, затрудняющих дальнейший нагрев. Вот почему нужда в альтернативных подходах к управляемому термоядерному синтезу сегодня как никогда велика.

Райан Макбрайд у экспериментальной установки магнитно-инерциального синтеза (фото Randy Montoya).

Проведённое в начале года в НЛС моделирование магнитно-инерциального метода синтеза показало, что всего один лазер (причём вовсе не рекордной мощности) может предварительно нагревать топливо в небольшом вкладыше до требуемой температуры, а магнитное поле позволит удерживать частицы (в том числе альфа-частицы), образующиеся в результате реакции, не давая им покидать точку синтеза, дабы они сохраняли температуру плазмы.

Но у этой схемы есть ряд сложностей. Во-первых, нужно определить оптимальную толщину стенок вкладыша, в котором размещено дейтерий-тритиевое топливо. Они сделаны из бериллия, и при сжатии короткими лазерными импульсами стенки начинают испаряться. Поэтому, если делать их слишком тонкими, они не выполнят свою функцию удерживания дейтерия и трития внутри до реакции. В противном случае (при толстых стенках) сжатие будет медленным и не обеспечит критических параметров.

Чтобы подобрать оптимальную толщину, во время экспериментов по точной настройке магнитно-инерциальной установки синтеза 7-миллиметровый вкладыш подсвечивался рентгеновскими лучами, которые позволили понять, что происходит внутри него при инерциальном сжатии. И вот теперь группа во главе с Райаном Макбрайдом (Ryan McBride) объявила об успешном завершении этой стадии: оптимальная толщина стенок вкладыша определена.

Теперь физикам предстоит испытать два других ключевых усовершенствования новой установки: нагрев вкладыша сверхкороткими импульсами длительностью не более 100 наносекунд и создание двух мощных магнитных колец, не дающих альфа-частицам покидать активную зону термоядерного синтеза. По мнению учёных, на отладку обоих новшеств уйдёт примерно год. Иначе говоря, к концу 2013-го они надеются протестировать рассчитанную по модели возможность достижения как минимум состояния равновесия при Q > 1.

Соответствующая работа опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории Сандия.