Гигантский лазер из «Звездного пути» будет испытан в термоядерном синтезе

26 декабря 2022 г.

Дэвид Р. Бейкер, Уилл Уэйд, Bloomberg News

Прорыв произошел за невероятно маленький промежуток времени, меньше, чем луч света перемещается на дюйм. В этот крошечный момент ядерный синтез как источник энергии превратился из далекой мечты в реальность. Сейчас мир пытается осознать последствия этой исторической вехи. Для Артура Пака и бесчисленного множества других учёных, которые десятилетиями шли к этому моменту, работа только начинается.

Перед Паком и его коллегами из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса теперь стоит непростая задача: сделать это снова, но лучше и масштабнее.

Это означает совершенствование использования самого большого в мире лазера, размещенного в Национальной установке зажигания лаборатории, который поклонники научной фантастики узнают по фильму «Звездный путь: Во тьму», когда он использовался в качестве декорации для варп-ядра звездолета. Предприятие. Сразу после часа ночи 5 декабря лазер выпустил 192 луча тремя тщательно модулированными импульсами в цилиндр, содержащий крошечную алмазную капсулу, наполненную водородом, в попытке вызвать первую реакцию термоядерного синтеза, которая произвела больше энергии, чем потребовалось для создания. Это удалось, и начался путь к тому, что, как надеются ученые, когда-нибудь станет новым, безуглеродным источником энергии, который позволит людям использовать тот же источник энергии, который освещает звезды.

Пак, который присоединился к лаборатории Лоуренса Ливермора недалеко от Сан-Франциско в 2010 году, проснулся в тот день в 3 часа ночи, не в силах удержаться от проверки первоначальных результатов из своего дома в Сан-Хосе. Он пытался не спать во время самой инъекции, но в конце концов сдался, поскольку кропотливая подготовка к эксперименту затянулась до поздней ночи. «Если бы вы не ложились спать после каждого укола каждый раз в течение 10 лет, вы бы сошли с ума», — сказал он.

В течение последних нескольких месяцев было ясно, что его команда приближается к цели, и в предрассветной темноте он проверил ключевое число, которое могло бы показать, добились ли они успеха, — количество нейтронов, произведенных взрывом.

«Когда я увидел это число, я был потрясен», - сказал он.

«Вы можете работать всю свою карьеру и никогда не увидеть этот момент. Вы делаете это, потому что верите в пункт назначения и вам нравится этот вызов», — сказал Пак, руководитель отдела диагностики эксперимента. «Когда люди объединяются и работают сообща, мы можем делать удивительные вещи».

Команда Лоуренса Ливермора — финансируемой государством исследовательской лаборатории — скорее всего, проведет следующее испытание в феврале, а еще несколько экспериментов пройдут через несколько месяцев. Цель будет состоять в том, чтобы продолжать увеличивать количество энергии, вырабатываемой в реакции. Это означает больше мастерства: используйте больше энергии лазера. Точная настройка лазерного взрыва. Генерация большего количества рентгеновских лучей внутри мишени (ключевой этап процесса) с использованием того же количества энергии. Возможно, в конечном итоге, модернизируют сам объект, решение, которое потребует поддержки со стороны Министерства энергетики и огромного объема финансирования.

Все это займет годы, если не десятилетия, начиная с небольших экспериментов Ливерморской лаборатории Лоуренса, которые длятся всего лишь наносекунды.

«Нам нужно выяснить: можем ли мы сделать это проще? Можем ли мы сделать этот процесс более простым и повторяемым? Можем ли мы начать делать это чаще, чем один раз в день?» сказал Ким Будил, директор Ливерморской лаборатории Лоуренса. «Каждое из этих событий представляет собой невероятную научную и инженерную задачу для нас».

Большинство экспертов прогнозируют, что до того, как технология термоядерного синтеза станет жизнеспособной в масштабах, достаточно больших и доступных для производства коммерческой энергии, осталось еще как минимум 20–30 лет. Этот график выводит термоядерный синтез за рамки его значительного использования для достижения мировых целей по нулевым выбросам к 2050 году. В этом смысле термоядерный синтез может стать безуглеродным источником энергии будущего, но не для нынешнего глобального энергетического перехода, с которым предстоит столкнуться постоянные препятствия.

На протяжении десятилетий термоядерный синтез захватывал научное воображение. Его уже использовали, чтобы придать современному ядерному оружию его разрушительную мощь, но мечта состоит в том, чтобы приручить его для нужд гражданской энергетики. Если его можно будет масштабировать, это приведет к появлению электростанций, которые круглосуточно будут поставлять электроэнергию в больших количествах, не выделяя при этом парниковых газов. И в отличие от сегодняшней ядерной энергетики, возникающей в результате процесса, называемого делением, она не будет создавать долгоживущие радиоактивные отходы. Целые поколения учёных занимались этим вопросом. Главный советник президента Джо Байдена по науке Арати Прабхакар провел лето, работая над программой лазерного синтеза в лаборатории, будучи 19-летним студентом колледжа в брюках клеш — в 1978 году.