Термоядерная энергия питает Солнце, звезды и заставляет взрываться водородные бомбы, так что же мешает использовать ее как практически неиссякаемый источник электричества? Обычный в таких случаях ответ: "В принципе, ничего". Дейтерий, изотоп водорода, в естественном виде встречается в воде и, соответственно, почти неисчерпаем. Его синтез с изотопом тритием дает наилучшее соотношение получаемой энергии на массу топлива из всех известных топливных источников (17,6 миллионов эВ на одно событие синтеза).

Главным препятствием к использованию термоядерной энергии служит тот факт, что для синтеза требуется температура около 50 млн. градусов, а при таких условиях крайне затруднительно добиться управляемого протекания реакции. Ученые ведут исследования в двух направлениях: магнитное и инерциальное удержание плазмы. Первый способ заключается в сжатии сотен кубических метров дейтерий-тритиевой плазмы с небольшой удельной плотностью магнитным полем до давления менее 10 атмосфер. В результате появляется устойчивое горение топлива.

Напротив, инерциальное удержание состоит в сжатии небольшой, размером в несколько миллиметров, дейтерий-тритиевой сферы за миллионные доли секунды под давлением более 100 гигаатмосфер. Воспламенение происходит в небольшой центральной точке, и термоядерная реакция охватывает все тело.

Результаты испытаний пока не позволяют ввести термоядерные реакторы в коммерческую эксплуатацию хотя бы потому, что количество энергии, затраченное на их работу, во много раз превосходит энергию, полученную во время термоядерного синтеза. К тому же, при инерциальном удержании требуется крайне высокая точность рабочего лазера и идеальная поверхность сферы с топливом. Эти затруднения, возможно, сможет преодолеть метод "быстрого воспламенения", заключающийся в разделении процессов сжатия топлива и создания раскаленной центральной точки, впервые продемонстрированный группой во главе с японским ученым Кодама из университета Осаки. Более того, для протекания реакции требуется меньшая плотность топлива, чем ранее. Во время опыта было произведено сжатие сферического образца дейтерированного полистрола с его последующим пикосекундным нагреванием лазерным импульсом всего 60 Джоулей, что составляет 0.1% от теоретически необходимой величины. Уже в этом году Кодама планирует провести эксперименты с использование лазерных импульсов в 500 Джоулей с мощностью 1 петаватт. Переход к еще более мощным лазерам, как ожидается, позволит получить соотношение полученной и затраченной энергии более 300:1.

Полезные ссылки:
Fasth eating of ultrahigh-density plasma as a step towards laser fusion ignition

Илья Н. Кулешов