Випробувано термоядерний реактор з дешевим паливом та лазерами

Як і інші, Китай сподівається досягти керованої реакції термоядерного синтезу. Паливом для таких реакцій є ізотопи водню, якого у Всесвіті надміру. Складність полягає в тому, як створити умови для злиття атомів водню, адже для цього потрібні колосальні енергії в дуже невеликому просторі. Один із варіантів вирішення такого завдання полягає у використанні лазерів. Цим теж зайняті всі, але Китай зміг здивувати. У серпні цього року повідомлялось, що американські вчені з NIF змогли підійти до порога, за яким знаходяться термоядерні реакції синтезу, що самопідтримуються.

Установка NIF розмірами з трьох футбольних полів використовує близько 200 потужних лазерів, які сфокусовані на таблетці палива з дейтерію та тритію. Вихід енергії становив 70 % від поданої на лазери. Це оцінюється як успіх. Одна з китайських груп вчених також йде схожим шляхом, але використовує більш простий і менш витратний підхід. Цей шлях ще 1997 року запропонував провідний китайський фізик Чжан Цзе (Zhang Zhe). Розроблена ним схема називається схемою подвійного конусного запалення, і вона вимагає набагато менш потужного лазера, ніж у разі звичайного випаровування палива та перетворення його на хмару плазми. Грубо кажучи, схема працює схожим на роботу прискорювачів.

Лазер нагріває паливні збирання у вигляді мініатюрних конусів, кожен з яких розміром з кінчик олівця. Оскільки гострі кінці конусів спрямовані один на одного, хмари водневої плазми з кожного спрямовуються один до одного і виникає реакція термоядерного синтезу. Фінансування цей проєкт отримав порівняно недавно. На шість років дослідникам дали грант на 1 млрд юанів ($156 млн), що зовсім не помірні цифри для цієї сфери досліджень. Установка Shenguang II в Шанхаї почала працювати минулого літа і за рік провела три обнадійливі експерименти. Вартість паливних збірок також незначна в порівнянні з тим, які використовують в експериментах у США. Так, кожен конус паливної збірки коштує кілька сотень доларів США, тоді як паливні таблетки NIF досягають у ціні кількох тисяч доларів кожна.

Паливний конус, що створюється китайцями, — це майже витвір мистецтва. Він буквально золотий – дейтерій і тритій вміщено всередину золотої оболонки. Золото — м’який метал, що добре проводить електрику і тепло. Провідність забезпечує найкраще доставлення енергії лазерного імпульсу до палива, а м’якість дозволяє спростити виробництво збірок. Конуси подаватимуться в систему реактора як патрони в кулеметі Гатлінга, пояснюють розробники, що зробить простими завантаження та обслуговування реакторів.

Втім, конструкція паливних збірок складніша, ніж просто золото з вкрапленнями дейтерію та тритію. Ізотопи водню довелося ізолювати полімерною оболонкою, з якою теж виявилося складно — її випаровування шкодило термоядерним реакціям. Але проблеми поступово вирішуються. До 2026 року вчені обіцяють побудувати або наблизитись до завершення створення лазерів нового покоління. Нові установки обіцяють наблизити їх до заповітної мети — досягти стабільної та ефективної реакції термоядерного синтезу.