12 февраля текущего года журнал Nature опубликовал статью, в которой описаны результаты экспериментов, проведенных на установке National Ignition Facility, работающей в Ливерморской национальной лаборатории.

В ходе многолетних исследований удалось впервые в истории с помощью термоядерной реакции, индуцированной лазерами, выработать энергию, объем которой превышает объем энергии, переданной топливу.

Для того, чтобы создать в установке необходимые для начала реакции температуру и давление, ученые использовали 192 лазера, облучающие микроскопическую мишень, изготовленную из замороженных трития и дейтерия.

Роль мишени выполняет крохотный шарик с диаметром в 2 мм, внешний его слой изготовлен из пластика, а внутренний – из тяжелых водородных изотопов. Расположен шарик внутри цилиндра с отверстиями, сквозь них на него и попадает излучение от лазеров. Именно под действием данного излучения внутренние стенки цилиндра производят рентгеновское излучение, а уже они, в свою очередь, равномерно нагревают шарик со всех сторон.

Внешняя оболочка мишени под действием температуры испаряется и сжимает топливо, достигая давления в 100 млн. атмосфер. Вся описанная выше реакция происходит в течение нескольких наносекунд. Максимальная мощность лазерной вспышки оставляет 500 тераватт.

Ранее физики не могли выработать в результате проведения термоядерной реакции энергии больше, чем было передано топливу. Причиной этого становился тот факт, что во время сжатия материал оболочки и топливо смешивались. Из-за того, что само сжатие проводится с применением не одного лазерного импульса, отдельные вспышки имеют разную мощность и длительность, можно регулировать данный процесс. Осенью прошлого года ученые проводили эксперименты, в результате которых им удалось определить последовательность импульсов, гарантирующую более стабильное сжатие и защищающую от смешения топлива и атомов самой оболочки.

В сентябре 2013-го года было выработано 14 килоджоулей энергии, на весь процесс ушло 12 кДж топлива. 13 ноября эксперимент повторили, выработав 17 кДж энергии при 10 кДж топлива. В самом начале текущего года соотношение произведенной и потраченной энергии составило 2,6.

И даже не смотря на то, что полученные результаты являются действительно серьезным шагом, сделанным на пути к постижению термоядерной энергетики, до практичного применения реакции на практике предстоит сделать еще много открытий. Проблема в том, что пока растраты установкой энергии на осуществление одного импульса несравненно больше того количества энергии, которое поступает в капсулу с топливом. Экономическая эффективность установки и того ниже, так как она пока носит чисто экспериментальный характер и способна в течение нескольких часов делать не больше одного выстрела.

Напомним, что сейчас во Франции строят Международный экспериментальный ядерный реактор, который по сравнению с NIF считается куда более практичным. Уже в 2020-м году на нем планируют начало экспериментов, при этом термоядерная мощность на реакторе максимально должна составить 500 МВт.