29.01.2010 | 15:22

Физики планируют запустить управляемую термоядерную реакцию в 2010 году

Американские ученые, работающие над проектом запуска термоядерных реакций с помощью сверхмощного лазера, получили результаты предварительных испытаний, которые подтверждают их уверенность в успехе будущего эксперимента, запланированного на этот год. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций, также называемый Национальный комплекс зажигания (National Ignition Facility - NIF) - это самая мощная в мире система создания лазерного излучения. Ее размеры составляют три футбольных поля, а предел развиваемой мощности совместного импульса 192 лазерных лучей установки - 500 тераватт.

Установка была сконструирована для изучения возможности запуска управляемой реакции слияния ядер атомов водорода. Эта реакция под воздействием огромных температур и давлений в природе протекает в недрах звезд, таких, например, как наше Солнце. Согласно расчетам ученых, энергия, выделяемая при протекании такой реакции, превышает энергию, затрачиваемую на сжатие и разогрев вещества, вступающего в нее.

Поэтому многие эксперты сходятся во мнении, что энергия термоядерного синтеза - это наиболее перспективный способ решения энергетических проблем человечества, так как запасы топлива для такой реакции на земле практически безграничны, а сам процесс является экологически чистым. Проблема в освоении реакции слияния ядер для нужд энергетики состоит в том, что ее сложно запустить - для этого требуется создать огромные давления и температуры в миллионы градусов. Кроме того, течение такой реакции трудно контролировать, поэтому пока что применение она нашла только в термоядерном оружии.

Существует несколько концепций управляемого запуска такой реакции в земных условиях. Согласно одной из них термоядерную реакцию можно запустить в тонком кольце плазмы - атомов легких элементов, разогретых до миллионов градусов - сжимаемом магнитным полем. Эта концепция подразумевает строительство специальных реакторов - ТОКАМАКов, а ее перспективы в настоящее время рассматриваются в рамках международного проекта ITER.

Американские ученые, работающие в Национальном комплексе зажигания, предлагают использовать альтернативный подход, в котором небольшая таблетка термоядерного топлива разогревается до нужной температуры с помощью короткого импульса лазерного излучения, а необходимое давление создается за счет взрывной волны, вызываемой мгновенным испарением оболочки такой таблетки.
Строительство комплекса началось в 1997 году, а испытания - в 2008-м. Ученые опасались, что плазма, образующаяся при испарении оболочки таблетки, выполненной из золота, будет поглощать значительную часть энергии лазерного импульса, что помешает ученым добиться нужных температур и давлений. Согласно отчету о предварительных испытаниях с использованием пустых оболочек, образующаяся плазма не только не мешает реакции, а, напротив, ее свойствами можно управлять для дополнительного повышения давления в зоне реакции.

"Впервые за 50 лет работы над запуском термоядерной реакции с помощью лазера ученым удалось показать, что взаимодействие лазерного излучения и плазмы являются куда более меньшей проблемой, чем считалось прежде", - сказал Майк Дюнн (Mike Dunne), ведущий специалист европейского проекта по лазерному термоядерному синтезу HiPER, слова которого приводит Би-би-си.
Согласно вновь проведенным расчетам после тестирования взаимодействия лазерного излучения и плазмы ученым понадобится всего 1,2 мегаджоуля энергии лазерного импульса, длящегося всего 10 миллиардных долей секунды, чтобы запустить процесс слияния ядер дейтерия - тяжелого изотопа водорода, легче вступающего в реакцию, чем сам водород.

В настоящее время ученым удалось добиться энергии импульса в
1,8 мегаджоулей, поэтому эксперименты с готовыми капсулами, снабженными термоядерным топливом начнутся уже в мае 2010 года.

"Результатом всех наших прежних экспериментов с пустыми капсулами для термоядерного топлива стало то, что теперь мы можем с уверенностью говорить о запуске термоядерной реакции с помощью лазерного импульса. Это должно случиться впервые в этом году", - сказал Зигфрид Гленцер (Siegfried Glenzer), ведущий научный специалист Национального комплекса зажигания.