Термоядрена реакция там, където е невъзможна – THOR пренаписа модела на термоядрения синтез

В дефектирал реактор избухна пламък. И това променя всичко.

Изследователски екип от Националната лаборатория в Лос Аламос (LANL) с помощта на колеги от лабораторията „Лорънс Ливърмор“ (LLNL) за първи път успешно задейства реакция на термоядрен синтез в National Ignition Facility (NIF), използвайки модифицирана конструкция с нова диагностична система. Тестът се проведе на 22-ри юни и потвърди, че запалването е възможно, дори ако част от енергията изтече извън камерата.

При работата беше постигнат енергиен добив от 2,4±0,09 мегаджаула и беше създадено самоподдържащо се състояние – така наречената „горяща плазма“. Това беше първото успешно приложение на платформата THOR (Thinned Hohlraum Optimisation for Radflow) на LANL.

Според физика Джоузеф Смидт, съдиректор на програмата за инерционен термоядрен синтез в LANL, този резултат потвърждава надеждността както на архитектурата THOR, така и на изчислителните модели, използвани при проектирането ѝ.

„Това е ключов пробив, който разширява възможностите ни в областта на изследванията на термоядрения синтез и 3D моделирането“, подчертава той.

В класическата конфигурация на съоръжението лазерите се насочват във вътрешността на позлатен цилиндър (hohlraum), в който е поставена капсула, съдържаща деутерий и тритий. Енергията от лазерите генерира интензивни рентгенови лъчи, които нагряват равномерно капсулата и предизвикват симетричния ѝ колапс, необходим за предизвикването на термоядрен синтез.

Модифицираната версия на THOR се характеризира с наличието на прозрачни за рентгеновите лъчи прозорци, през които част от лъчението се отвежда навън. Това дава възможност да се облъчват външни материали и да се изучава тяхното поведение в екстремни радиационни режими – съчетаване на задачите на термоядрения синтез и радиационното материалознание.

Подобни промени обаче нарушават симетрията на лъчението и могат да отслабят налягането, необходимо за ефективно компресиране на горивото. Както отбеляза физикът от LANL Брайън Хейнс, дори незначителните енергийни загуби или геометрични изкривявания могат да провалят старта на реакцията. Въпреки това конструкторите на THOR са успели да компенсират тези ефекти и централата е постигнала запалване – което потвърждава точността на използваното моделиране.

Допълнително постижение е, че част от енергията, изтичаща през прозорците, е била ефективно използвана за анализ на радиационния поток и оценка на поглъщането в различните проби. Това разширява приложимостта на платформата THOR отвъд задачите за запалване – включително за ядрени приложения, където е важно да се разбере поведението на материалите под въздействието на импулси с висока енергия.

Ръководителят на проекта Райън Лестър от LLNL заяви, че тестът е важен етап в проверката на точността на симулациите и потвърждава, че условията за запалване могат да бъдат постигнати дори при модифицирана конфигурация на инсталацията. Непосредствените планове са да се подобри дизайнът на прозорците, да се увеличи тяхната прозрачност и да се разработят взаимозаменяеми възли, които могат да се свързват към корпуса на холограмата за директно облъчване на мишените.

В дългосрочен план новата система ще даде възможност да се изследва поведението на веществата в условията на високоенергийна плазма, които досега не бяха достъпни за лабораторни симулации. Това от своя страна ще проправи пътя за разработването на по-стабилни материали, ще подобри точността на ядрените симулации и ще подпомогне по-нататъшното развитие на програмата за сдържане без реални тестове.