Ученые впервые получили термоядерную реакцию: но пока не могут ее повторить

Ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (США) недавно сообщили, что смогли получить термоядерную реакцию, которая самовоспроизводится. Но теперь есть одна проблема: ученые не знают, как повторить свой успешный эксперимент, сообщает ScienceAlert.

Термоядерная реакция – это процесс объединения легких атомных ядер для создания более тяжелых атомных ядер, в результате чего высвобождается огромное количество энергии. Термоядерная реакция происходит на Солнце, когда объединяются атомы водорода, чтобы создать гелий. Также термоядерные реакции происходят во время взрыва сверхновых, когда космос наполняется более тяжелыми элементами, такими как железо.

Как именно происходит термоядерный синтез?

Вкратце термоядерный синтез — это процесс, в ходе которого два легких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое ядро с высвобождением огромного количества энергии. Термоядерные реакции происходят в материи, находящейся в состоянии плазмы — горячего заряженного газа, состоящего из положительных ионов и свободно движущихся электронов и обладающего уникальными свойствами, отличными от твердых тел, жидкостей и газов.

При слиянии на Солнце ядра сталкиваются друг с другом при очень высокой температуре, превышающей десять миллионов градусов Цельсия, что необходимо для преодоления взаимного электрического отталкивания. Как только ядра преодолевают это отталкивание и оказываются на очень близком расстоянии друг от друга, ядерная сила притяжения между ними перевешивает электрическое отталкивание и позволяет им слиться. Чтобы это произошло, ядра должны находиться в замкнутом пространстве, что увеличивает вероятность их столкновения. На Солнце условия для термоядерного синтеза создаются в результате колоссального давления, создаваемого его огромной гравитацией.

Количество энергии, выделяемой при термоядерном синтезе, очень велико — в четыре раза больше, чем при реакциях деления ядер. На термоядерных реакциях может быть основана работа будущих термоядерных энергетических реакторов. Согласно планам в термоядерных реакторах первого поколения будет использоваться смесь тяжелых изотопов водорода — дейтерия и трития. В теории с использованием всего нескольких граммов этих реагентов можно произвести один тераджоуль энергии, что приблизительно равно энергии, необходимой одному человеку в развитой стране в течение шестидесяти лет.

С тех пор как в 1930‑е годы стало понятно, как работает термоядерный синтез, ученые не оставляют попыток воспроизвести и использовать его. Ожидается, что термоядерный синтез сможет удовлетворять энергетические потребности человечества в течение миллионов лет.

Если количество энергии, которая выделилась в результате термоядерной реакции будет больше, чем количество энергии, потраченной на ее создание, то баланс будет положительным. Именно такого баланса и пытаются достичь ученые. Как пишут в Международном центре по атомной энергетике (МАГАТЭ), этот рубеж называют «равновесие».

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса заявили о том, что им удалось впервые достичь такой термоядерной реакции. То есть они впервые получили положительный баланс критерия Лоусона.

Для этой термоядерной реакции потребовалось столкновение ядер дейтерия и трития, которые являются изотопами водорода. В результате эксперимента ученые получили термоядерную реакцию, которая самовоспроизводится. В ходе этого ядерного синтеза выделилось 1,3 мегаджоуля энергии за 100 триллионных доли секунды, что составляет 10 квадриллионов ватт мощности.

Уже год ученые пытаются получить воспроизвести эту термоядерную реакцию в ходе нескольких экспериментов. Но пока такого же результата им достичь не удалось. Единственное, что удалось ученым, это получить вдвое меньше энергии, чем во время исторического первого испытания.

Статья была опубликована 8 августа 2022 года в журнале Physical Review Letters .

Важно также отметить, что термоядерное топливо имеется в избытке, и его легко получить: дейтерий можно с небольшими затратами добывать из морской воды, а тритий можно производить из широко распространенного в природе лития. Термоядерные реакторы не будут вырабатывать высокоактивные долгоживущие ядерные отходы, а аварии с расплавлением активной зоны термоядерного реактора практически невозможны. В результате термоядерного синтеза в атмосферу не выбрасывается углекислый газ и другие парниковые газы. Читайте также: «Ученые обнаружили, что 30 лет ошибались в понимании физики термоядерной плазмы»

«Частная компания разрабатывает термоядерные реакторы размером с гараж»