By 
Термоядерний синтез, який повторює ту саму реакцію, що і сонце, довгий час розглядався як ідеальне джерело енергії завдяки його потенціалу бути безпечним, чистим, дешевим і надійним. З початку 1960-х років вчені досліджували можливість використання потужних лазерів для стиснення термоядерного матеріалу досить довго і при достатньо високих температурах, щоб ініціювати займання — точку, в якій результуюча вихідна енергія інерційного термоядерного синтезу перевищує енергію, що надходить до мета.
У грудні 2022 року вчені досягли запалювання на Національному заводі запалювання в Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса, але залишається багато перешкод, щоб зробити термоядерну енергію технічно та комерційно життєздатною для масового виробництва та споживання.
Дослідники з Лабораторії лазерної енергетики Університету Рочестера (LLE) вперше експериментально продемонстрували метод під назвою динамічне формування оболонки, який може допомогти досягти мети створення термоядерної електростанції.
Дослідники, включаючи Ігоря Ігуменщева, старшого наукового співробітника LLE, і Валерія Гончарова, видатного вченого та директора відділу теорії LLE та доцента (дослідження) кафедри машинобудування, обговорюють свої висновки в статті, опублікованій у Physical Review . Листи .
«Цей експеримент продемонстрував здійсненність інноваційної концепції мішені, придатної для доступного масового виробництва енергії інерційного термоядерного синтезу», — говорить Ігуменщев.
Традиційний підхід до інерційної енергії синтезу
У традиційному підході до інерційної термоядерної енергії мішень, що складається з невеликої кількості водневого палива — у формі ізотопів водню дейтерію та тритію — заморожена твердою формою сферичної оболонки. Потім оболонку бомбардують лазерами, нагріваючи центральне паливо до надзвичайно високих тисків і температур. Коли ці умови досягаються, оболонка руйнується і запалюється, піддаючись плавленню.
Процес вивільняє величезну кількість енергії, яка потенційно може привести в дію безвуглецеву електростанцію. Але термоядерна електростанція, все ще гіпотетична, вимагала б майже мільйона цілей на день. Сучасні методи виготовлення мішеней за допомогою процесу замороженої підготовки є дорогими, а мішені важко виготовити.
Динамічне формування оболонки — це альтернативний метод створення мішеней, у якому рідку краплю дейтерію та тритію вводять у пінопластову капсулу. Під час бомбардування лазерними імпульсами капсула перетворюється на сферичну оболонку, потім вибухає та руйнується, що призводить до займання. Динамічне формування оболонки не вимагає дорогого кріогенного нашарування, яке використовують звичайні методи генерації інерційної енергії термоядерного синтезу, оскільки воно використовує рідкі мішені. Ці мішені також буде легше зробити.
Гончаров вперше описав динамічне формування оболонки в статті в 2020 році, але ця концепція не була продемонстрована експериментально. У зменшеному експерименті, що підтверджує принципи, Ігуменщев, Гончаров та їхні колеги використовували лазер OMEGA LLE, щоб сформувати сферу з поліетиленової піни, яка мала таку ж щільність, як дейтерієво-тритієве рідке паливо, у оболонку, демонструючи критичний крок в концепції динамічної оболонки.
Щоб фактично створити термоядерний синтез за допомогою техніки динамічного утворення оболонки, майбутні дослідження потребуватимуть лазерів з довшими та більш енергійними імпульсами, але поточний експеримент показує, що динамічне утворення оболонки може бути можливим як шлях до більш практичних енергетичних реакторів термоядерного синтезу.
«Поєднання цієї цільової концепції з високоефективною лазерною системою, яка зараз розробляється в LLE, забезпечить дуже привабливий шлях до термоядерної енергії», — каже Ігуменщев. Джерело
Comments