Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций, так же 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. 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, ведущий специалист европейского проекта по лазерному термоядерному синтезу HiPER.
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, ведущий научный специалист Национального комплекса зажигания.
Главные темы