Сокровенная мечта любителей фантастики стала на один шаг ближе к реальности: в лабораторных условиях проведена само поддерживающая термоядерная реакция с использованием всего 2-х лазеров и без опасного нейтронного излучения.
Ученые продемонстрировали новый способ ядерного синтеза — процесс, который происходит на Солнце и других звездах космоса, без возникновения опасного нейтронного излучения. Новый эксперимент осуществил слияние атома бора с ядром водорода и небольшой помощи очень мощным лазером и пучка протонов.
- Читать также: Ученые ЦЕРН открыли частицу, схожую с бозоном Хиггса
В ходе синтеза образовывались альфа-частицы, которые легко преобразуются в полезную для нас энергию, чем высокоэнергетические нейтроны, получаемые в ходе ранее известных термоядерных реакций. Высокоэнергетические нейтроны, помимо прочего могут вызвать опасную радиацию, если столкнуться с другими ядрами и образовать радиоактивные элементы.
Недостижимая мечта
Для ядерного синтеза требуется температура и давление, чтобы заставить два атома преодолеть их мощные силы отталкивания и слиться в один атом при этом в процессе слияния выделить огромное количество энергии. В течение 50 лет ученые преследовали цель получить неиссякаемый источник чистой энергии от ядерного синтеза.
«Это действительно Святой Грааль», говорит соавтор изобретения Кристин Лабон, физик из Политехнической школы во Франции.
Слияние является энергетическим сердцем Солнца и других звезд: в чрезвычайно плотном ядре солнца, давление окружающего газа является сдерживающей оболочкой скопления атомов водорода, образуя гелий.
Но на Земле слияние требует невероятно высоких температур, порой достигающих 100 миллионов градусов. В большинстве экспериментов усилия были направлены на слияние дейтерия и трития, тяжелых изотопов водорода, в атом гелия, потому что эта реакция может протекать с высокой скоростью даже при относительно низких температурах. Но в результате этого слияния излучаются быстрые нейтроны, которые должны были задерживаться защитной оболочкой из тяжелых металлов, которые потом становятся радиоактивными в результате бомбардировки нейтронами.
Более того, спустя 40 лет после начала экспериментов, ученые так и не достигли точки безубыточности, то есть энергия вложенная в поддержание ядерного синтеза оказывалась больше, чем получалось энергии в результате ядерного синтеза. Ученые из Национального центра лазерных термоядерных реакции (Ливерморской лаборатории) в США недавно объявили, что они близки к точке безубыточности ядерного синтеза и у них остались чисто технические проблемы, а не физические, чтобы перейти ее.
Новый способ
Но Лабон и ее коллеги решили сосредоточится на совершенно ином типе ядерной реакции слияния. Воспользовавшись тем, что в последнее время появились чрезвычайно мощные лазеры, ученые начали бомбардировать сфокусированными сверхкороткими сверхмощными импульсами лазера по плазме бора-11 — изотоп бора с лишним нейтроном. А с другой стороны, эта же плазма бора бомбардировалась интенсивным пучком протонов с другого направления.
Изотопы бора сливались с сгенерированными лазерным пучком протонами и давали бериллий и альфа-частицы, которые состоят из двух протонов и двух нейтронов связанных друг и другом, ключевой признак реакции синтеза. Новый эксперимент дал на порядки больше энергии, чем прошлые эксперименты с синтезом бора. И в отличие от быстрых нейтронов, энергия альфа-частиц может быть легко «поймана» и преобразована в электрический ток, который уже человек может использовать по своему назначению.
Данный эксперимент становится огромным шагом, но требуется еще доказательства правильности принципа. Но и ядерный синтез в малых масштабах дает возможность для моделирования процессов внутри звезд в земных лабораториях.
Учитывая начальную стадию экспериментов имеет много возможностей его улучшения и развития.