http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=1a379b89-d8a7-434b-b00e-bfd57143d03e&print=1© 2024 Российская академия наук
Научный мир переваривает и комментирует сообщение о том, что в Ливерморской лаборатории на установке лазерного зажигания NIF (National Ignition Facility) впервые за всю историю таких экспериментов получен "термоядерный плюс". То есть выход энергии в результате термоядерного синтеза оказался больше энергии, что потребовалось для запуска такой реакции лазерным излучением.
В официальном сообщении минэнерго США об этом сказано так: удалось получить 3,15 мегаджоуля энергии, затратив на разогрев плазмы 2,05 мегаджоуля. По миру разошлись оценочные слова министра Дженнифер Грэнхолм: "Это историческое достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свои карьеры тому, чтобы увидеть, как термоядерный синтез становится реальностью".
Реакция ученых и специалистов из других стран, включая Россию, оказалась более сдержанной. А популяризаторы науки принялись искать подходящие слова и сравнения, чтобы рассказать доступным языком про управляемый термоядерный синтез и разные подходы к овладению им.
Есть, как известно, международный проект ITER. Он стартовал 15 лет назад и предусматривает запуск к 2025 году экспериментального термоядерного реактора, в основу которого положен принцип магнитного удержания плазмы. Это широко известный ныне ТОКАМАК - тороидальная камера с магнитными катушками.
А то, чем занимаются на установке NIF, демонстрирует иной путь к овладению термоядерным синтезом. Для того, чтобы преодолеть кулоновскую силу отталкивания одинаково заряженных ядер водорода - дейтерия и трития - и добиться их слияния, используют лазерное излучение и так называемый "инерциальный конфайнмент". Отчего и сам метод стали называть инерциальным УТС - в отличие от УТС с магнитным удержанием плазмы в ТОКАМАКах.
Как справедливо отмечает наш коллега Валентин Гибалов в сетевом издании nplus1.ru, "многие десятилетия результаты установок с инерциальным удержанием вызывали скепсис и уныние, а строительство новых финансировалось только военными".
На установке NIF ждали 10-кратного усиления энергии уже в 2012-м, но только теперь вышли на 1,5
В частности, для NIF основным клиентом долгое время было Агентство ядерной безопасности, которое отвечает за разработку и жизненный цикл ядерного оружия в США. Да и сама "установка зажигания" создавалась как большой стенд для верификации нового поколения оружейных программ. А энергетическое направление было своего рода бонусом, без приоритета в финансировании. Но и в этих условиях команде специалистов Ливерморской лаборатории удалось усовершенствовать режим работы лазеров, повысить симметричность и стабильность сжатия капсулы-мишени, побороть неустойчивости в плазме, а в итоге добиться того, о чем теперь заговорили во всем мире.
Компетентно
Георгий Рыкованов, научный руководитель РФЯЦ-ВНИИТФ, академик РАН:
- Первая и, как мне представляется, естественная реакция профессионалов на известие о рекордных опытах по термоядерному зажиганию мишеней на лазерной установке NIF - поздравления всем, кто готовил и проводили такие работы. К этому достижению, о чем важно напомнить, они последовательно шли 50 лет, начиная от идеи, предложенной Джоном Накколсом и другими сотрудниками в 1972 году. Хочется отметить и вклад наших ученых - лауреата Нобелевской премии по физике Николая Геннадьевича Басова, столетие со дня рождения которого символически совпало с важной новостью из Ливермора, и ныне здравствующего академика Олега Николаевича Крохина. Их совместная теоретическая работа 1964 года, где впервые было предложено использовать лазерное излучение для получения термоядерной плазмы, считается отправной точкой в экспериментах по ЛТС.
Специалисты двух российских ядерных центров - в Сарове и Снежинске - внимательно следят за результатами работ в этой области. Согласно той информации, что официально опубликована, впервые в лабораторных условиях с помощью лазера произведен термоядерный микровзрыв, в котором выделилось энергии больше, чем энергия лазерного излучения. Это большое научное и технологическое достижение.
Преодоление энергетического порога в экспериментах на NIF является долгожданным событием, поскольку сама эта установка стоимостью 3,5 миллиарда долларов была построена еще в 2009 году. А цель, которая тогда же ставилась, - достижение коэффициента усиления по энергии примерно в десять раз до 2012 года. Однако только спустя десять лет при ежегодных затратах на проведение экспериментов в сотни миллионов долларов достигнут коэффициент усиления 1,5. Это свидетельствует о сложности тех научно-технологических проблем, которые пришлось решать многотысячному коллективу ученых и инженеров, работавших на NIF в эти годы.
Одной из последних проблем, которую удалось решить этому коллективу, стала разработка уникальной криогенной мишени в виде сферической оболочки из высокоплотного углерода (алмаза), на внутренней поверхности которой был наморожен слой дейтерий-тритиевого (DT) льда. Подобные мишени применялись и в предыдущих опытах, но термоядерное энерговыделение было существенно меньше вложенной энергии лазерного излучения.
Чтобы было понятнее тем, кто с физикой напрямую не связан, поясню некоторые детали. Рентгеновское излучение, в которое трансформируется лазерное излучение на стенках конвертора из золота, является неравновесным. Жесткая компонента разогревает мишень и мешает сжатию дейтерий-тритиевого топлива. Для борьбы с этим прогревом в алмазную оболочку был введен слой, допированный вольфрамом, который и защищает DT-топливо от вредного разогрева. Как теперь понимаем, такой защитный слой и преодоление других трудностей позволили добиться рекордных результатов в опытах на установке зажигания NIF в Ливерморе.
На пути к термоядерной энергетике предстоит решить еще много научных, технологических и инженерных задач. Но важен сам по себе факт: впервые продемонстрирована принципиальная возможность создания термоядерной энергетической установки на принципе лазерного термоядерного синтеза.