Два лазера зажгли безопасный ядерный синтез

С помощью двух лазеров ученые из лаборатории CNRS столкнули протоны и ядра бора и зажгли реакцию синтеза без основных недостатков существующих токамаков.

На протяжении десятилетий ученые работали над созданием технологии использования ядерного синтеза, мощнейшего источника энергии. Ядерный синтез вырабатывает колоссальное количество энергии, именно он заставляет «гореть» наше Солнце и, потенциально, мог бы решить энергетические проблемы человечества. К сожалению, лабораторные установки, термоядерные реакторы или токамаки, имеют побочный эффект в виде опасного для здоровья нейтронного излучения. Чтобы нейтрализовать вредное излучение необходимо использовать тяжелое экранирование, которое резко удорожает строительство токамака. Кроме того, нейтронное излучение постепенно разрушает материалы реактора и делает его радиоактивным.

Возможно, физики нашли решение этой проблемы. В лаборатории Национального центра научных исследований Франции (CNRS) успешно проведен ряд экспериментов, в ходе которых удалось зажечь реакцию синтеза, работающую без побочного нейтронного излучения. Французские ученые используют два лазера, чтобы слить протоны и ядра и бора-11. Один лазерный луч на короткий промежуток времени превращает ядра бора в плазму, а другой генерирует пучок протонов, который врезается в ядра бора, испуская медленные частицы гелия, но не нейтроны.

Новая установка намного проще и безопаснее существующих прототипов токамака

Ранее лазеры уже использовались для зажигания реакции синтеза, но обычно лазерные импульсы используют для сверхбыстрого мощного сжатия крошечных гранул из двух изотопов водорода - дейтерия и трития. Однако, это не самый оптимальный вариант, поскольку он приводит к выбросу нейтронов и требует большого количества лазеров. Например в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии используются 200 лазеров. Французская установка требует всего двух лазеров, да к тому же не производит нейтронного излучения, что делает ее очень перспективной.

Надо отметить, что новая технология также очень сложна. Лазерный импульс, превращающий бор в плазму, длится всего лишь около одной миллиардной доли секунды, а импульс, направленный на протоны, - всего одну триллионную долю секунды. Эти импульсы должны быть крайне точно синхронизированы, только тогда пучок протонов сформируется раньше пучка электронов, генерируемых позже. Таким образом, точная синхронизация дает большую вероятность того, что протоны столкнутся с ядрами бора и инициируют синтез.

Лазеры лаборатории CNRS генерируют короткие импульсы, разделенные интервалами в 90 минут. Но ученые уверены, что этот же эксперимент может быть повторен и с более быстрыми лазерами. Это означает, что новый тип термоядерной установки может поддерживать непрерывную реакцию синтеза. Пока исследователи не достигли положительного выхода энергии, то есть энергия синтеза равна энергии лазеров. Однако миниатюризация лазеров, повышение их мощности и сравнительная простота нового устройства дает надежду, что французская установка может стать мощным высокоэффективным источником энергии.