Коллектив китайских физиков предложил революционный метод, который может кардинально ускорить создание работоспособного термоядерного реактора — «искусственного солнца» на Земле.
Их исследование, опубликованное на авторитетном научном портале Eurekalert, предлагает обойти одно из ключевых препятствий в управляемом синтезе с помощью низкочастотных лазеров, увеличивающих вероятность реакции в тысячу раз.
Пока расчёты носят теоретический характер, но они открывают новое, перспективное направление в гонке за бесконечной и чистой энергией будущего. Суть проблемы, которую пытается решить мировое научное сообщество, заключается в воссоздании на Земле процессов, питающих звёзды.
Для слияния ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) в гелий с выделением колоссальной энергии необходимо преодолеть силу электростатического отталкивания между положительно заряженными ядрами — так называемый кулоновский барьер.
В недрах Солнца это происходит благодаря чудовищному давлению и температуре в 15 миллионов градусов Цельсия, а также квантово-механическому явлению — туннельному эффекту, позволяющему частицам «просачиваться» через барьер.
На Земле создать такие условия невероятно сложно. Существующие экспериментальные установки, такие как токамаки и лазерные системы, пытаются решить задачу экстремальным нагревом плазмы до сотен миллионов градусов.
Однако вероятность туннельного эффекта при имеющихся плотностях топлива остаётся низкой, что требует гигантских затрат энергии для запуска и поддержания реакции. Китайские учёные из Университета Сычуань и других научных центров под руководством профессора Жань Хуна предложили принципиально иной подход — не только нагреть топливо, но и напрямую «раскачать» его.
Их идея заключается в дополнительной энергетической накачке топлива низкочастотными лазерами. Согласно опубликованной теоретической модели, облучение мишени из дейтерия и трития лазерным полем с энергией фотона около 1,55 электронвольт резко повышает вероятность туннелирования ядер.
Расчёты показывают ошеломляющий результат — вероятность термоядерной реакции увеличивается приблизительно в тысячу раз. Это означает, что для достижения критерия Лоусона (условия самоподдерживающейся реакции) может потребоваться значительно менее экстремальный нагрев и плотность плазмы, что упростит конструкцию реактора и снизит энергозатраты на его запуск.
Новый метод, если его удастся реализовать на практике, может стать дополнением или даже альтернативой основным современным подходам к термоядерному синтезу.
Он потенциально способен снизить пороговую температуру, необходимую для начала устойчивой реакции, и сделать сам процесс синтеза более эффективным и управляемым. Это открывает путь к созданию более компактных и экономичных термоядерных установок.
Тем не менее, между блестящей теорией и рабочим реактором лежит пропасть инженерных вызовов. Учёным предстоит разработать технологии для сверхточного облучения и удержания раскалённой плазмы лазерными полями, решить проблемы стабильности и масштабирования процесса.
Однако само по себе предложение принципиально нового физического механизма для преодоления кулоновского барьера уже является крупным научным прорывом.
Работа китайской команды добавляет в копилку человечества ещё один потенциальный ключ к энергетическому Святому Градю — источнику безопасной, экологически чистой и практически неисчерпаемой энергии, работающему по принципам, подарившим жизнь нашей звезде.
Автор: Валерия Кистерная
