«Термоядерный Давид» наращивает мощь

Если помните, в конце прошлого года я писал об эксперименте MagLIF — получении управляемой термоядерной реакции инерциальным методом в Z-машине, сжимающей топливо путём пропускания через него огромных токов. Тогда я сравнил его с Давидом, противостоящим двум Голиафам — ITER и NIF. Так вот, «Давид» медленно, но неуклонно наращивает мощь.

В свежей статье, опубликованной в Physical Review Letters, сообщается о получении 1012 нейтронов. Это не так много, но уже в сто раз больше, чем было достигнуто на этой установке ранее. Для сравнения на NIF были получены 1016 нейтронов. Приблизительно столько же требуется получить и на MagLIF, чтобы продемонстрировать breakeven (количество выделившейся энергии равное количеству поглощённой).

Эксперимент основывался на ранее предложенной схеме, включающей в себя три важных компонента:

  1. Продольное магнитное поле величиной около 10 Тл, цель которого — замагнитить плазму, и увеличить время её нахождения в плотном состоянии.
  2. Предварительный лазерный нагрев до температуры около 100 эВ, цель которого — уменьшить скорость роста неустойчивостей, тем самым улучшив сжимаемость.
  3. И, наконец, собственно, сжатие магнитными силами при пропускании через мишень, имеющую форму цилиндра, импульса тока силой в 17 МА.
Схема из PRL, иллюстрирующая принцип работы MagLIF.
Схема из PRL, иллюстрирующая принцип работы MagLIF.

Таким образом, MagLIF — это что-то среднее между магнитным и инерциальным удержанием. Вызываемая действием Z-пинча инерция сжатия недостаточна для достижения плотностей, характерных для лазерного термояда, поэтому в систему внесено дополнительное магнитное поле, увеличивающее время сжатия.

Интересно, что, как показали эксперименты, одно лишь продольное поле без лазерного нагрева практически не увеличивает выход энергии. Интересно также отметить, что к предварительному нагреву для увеличения эффективности сжатия пришлось прибегнуть и на NIF.

Главным же достижением работы, видимо, является не продемонстрированное количество нейтронов, а тот факт, что удалось засечь нейтроны от реакции дейтерия с тритием. Вообще, как и в большинстве подобных экспериментов, в качестве топлива использовался чистый дейтерий. Однако, как известно, при реакции дейтерий-дейтерий может образовываться как гелий-3, так и тритий. Так вот, в данной работе было продемонстрировано, что около 1% зарегистрированных нейтронов шли от вторичной реакции дейтерия с образовавшимся ранее тритием.

Картинка из той же статьи, иллюстрирующая распределение нейтронов от DD и DT реакций. По горизонтали отложены эксперименты. B означает эксперимент с продольным магнитным полем, BL — эксперимент с продольным магнитным полем и лазерным нагревом.
Картинка из той же статьи, иллюстрирующая распределение нейтронов от DD и DT реакций. По горизонтали отложены эксперименты. B означает эксперимент с продольным магнитным полем, BL — эксперимент с продольным магнитным полем и лазерным нагревом.

Из необычного исследователи отмечают, что в одном эксперименте был зафиксирован значительно меньший выход нейтронов (z2583 на иллюстрации выше). В этом эксперименте все параметры были такими же, как и в прочих, за исключением изначальной плотности мишени. Однако объяснить этот результат или воспроизвести его учёным не удалось (из текста статьи непонятно, не удалось воспроизвести, потому что не пробовали или потому что получали другие результаты, но, скорее всего, первое).

В конце статьи авторы отмечают, что несмотря на значительный выход нейтронов в эксперименте, моделирование предсказывает ещё большее их количество — около 1013. Такое расхождение они связывают в том числе с недостаточно хорошим согласованием лазерного пучка и входного отверстия для него. Так, моделирование показало результаты, близкие к эксперименту, при уменьшении лазерной энергии в 10-20 раз. Таким образом, в ближайших планах команды — улучшить завод лазерного излучения в мишенную камеру.


Эта статья изначально была опубликована в моём блоге в ЖЖ.

comments powered by Disqus