Специалисты американского Национального центра зажигания впервые преодолели энергетический барьер термоядерного синтеза. В ходе последних экспериментов выделенная топливом энергия почти в полтора раза превысила ту, что топливо поглотило. После нескольких лет неудач новые результаты выглядят как настоящий прорыв в термоядерном синтезе. Почему многие специалисты смотрят на эти результаты скептически и чего ждать от экспериментов NIF в будущем — в этих и других вопросах разбиралась «Лента.ру». разбирался репостух.

Формально термоядерные реакции могут происходить даже при комнатной температуре. В достаточно большом объеме дейтерия и трития всегда найдется пара молекул, имеющих настолько высокую скорость, что при столкновении их ядра могут слиться в ядро гелия с испусканием лишнего нейтрона и энергии. Другое дело, что вероятность этого процесса настолько мала, что даже в центре коричневых карликов — планет, масса которых в десятки тысяч раз превосходит массу Земли, — такие реакции не происходят со сколько-нибудь значительной скоростью.

Критерием, который отделяет коричневые карлики от звезд и отличает «работающую» термоядерную реакцию от «неработающей», является зажигание. Под зажиганием физики подразумевают создание условий, при которых термоядерная реакция поддерживает сама себя, то есть когда энергии, выделившейся при слиянии ядер трития и дейтерия, достаточно для стимуляции слияния новых ядер. Фактически это хорошо известный термоядерный взрыв в миниатюре. Сложность заключается в том, чтобы перевести термоядерное топливо из режима взрыва в режим спокойного горения.

Для того чтобы термоядерная реакция могла поддерживаться, необходимо, чтобы интенсивность вырабатывания энергии была равна или превышала ту скорость, с которой энергию уносят разлетающиеся продукты реакции и излучение. Иначе, какой бы толчок мы ни придали реакционной смеси, реакция очень быстро потухнет. Эта интенсивность, в свою очередь, определяется концентрацией ядер дейтерия и трития, которые имеют достаточную собственную энергию для того, чтобы вступить в реакцию.

Новый подход, который позволил специалистам NIF завершить череду неудач и преодолеть энергетический барьер синтеза, ученые называют «high foot». За этими словами стоит более медленный режим импульса, который делает схлопывание капсулы с топливом более устойчивым. За счет этой стабильности ученым за последние полгода удалось добиться существенного роста энергии, выделяемой топливом. В ходе последнего эксперимента энергия саморазогревания достигла 17 килоджоулей, притом что поглотило топливо всего около 10 килоджоулей.

Преодоление энергетического барьера между поглощенной и выделенной энергией — безусловно, важная веха для физиков (даже учитывая тот факт, что лишь малую долю энергии лазеров топливо действительно поглощает). Однако есть очень существенные основания относиться к этим результатам с осторожностью. Дело в том, что при использовании нового подхода топливо успевает сильнее разогреться, что накладывает ограничение на максимальное давление, которое можно развить в режиме «high foot».

В некотором роде новый подход — это шаг назад. Как пишет сотрудник Сандийских национальных лабораторий Марк Херрманн (Mark Herrmann) в своем обзоре работы ливерморских физиков, никто не знает, как далеко удастся продвинуться с помощью нового метода. Достижение зажигания потребует увеличить эффективность реакции почти в 100 раз. Удастся ли сделать это при наличии ограничений по давлению в новом режиме, непонятно.

Следующая ключевая ревизия NIF произойдет в 2015 году, поэтому ученым надо очень постараться, чтобы к этому времени добиться впечатляющего прогресса. Предсказать итог сейчас невозможно. История термоядерных исследований говорит о том, что для получения результатов в этой области нужно иметь невероятное терпение. И прежде всего им следует запастись даже не ученым, а тем, кто ожидает от этой технологии решения энергетических проблем человечества.