Рентгеновите лъчи се добавят към лазера при метода на инерционно задържане на водород
Учени от Sandia National Laboratories (САЩ) наскоро съобщиха, че са постигнали термоядрен синтез, по същество детонацията на малка водородна бомба. Те са използвали рентгенов взрив за компресиране на водородна капсула до условия, подобни на тези в центъра на Слънцето, във вариант на така наречения метод на инерционно затваряне. Тези малки контролирани експлозии не биха били опасни и биха могли да бъдат алтернатива за генериране на електричество чрез синтез, източник на енергия на звездите. При синтез водородните атоми се комбинират, образувайки хелий, произвеждайки изобилна енергия в реакцията.
„Това е първото наблюдение на синтеза с пулсиращ източник“, каза Рамон Дж. Лийпър, директор на отдела за приложна физика в Сандия (Албакърки, Ню Мексико), който представи резултатите на среща на Американското физическо общество във Филаделфия .
Повечето експерименти за постигане на контролиран синтез използват магнитни полета за компресиране на водорода [магнитно задържане], когато той достигне температури, достатъчно високи, за да се случи непрекъснат синтез. Но поддържането на изключително горещ и плътен водороден облак - под формата на плазма - е по-сложно, отколкото учените смятаха, когато започнаха експерименти за синтез преди 50 години. Дори поддръжниците на идеята казват, че ще са необходими десетилетия изследвания и скъпи реактори, преди да се получи търговска електроцентрала, казват служители на Sandia. Предстои обаче и много дълъг път за тях.
Подходът на Сандия може да се сравни с изгарянето на въглища в пещ. Експериментите на Сандия могат да излязат с нещо подобно на двигател с вътрешно горене, при което мощността се генерира от поредица от експлозии. Този метод е може би по-опростен, тъй като елиминира необходимостта от ограничаване на горещ водороден газ, но проектирането на машина, която може да детонира контролирани термоядрени експлозии в бърза последователност - и да ги издържи невредими - е инженерно предизвикателство, с което учените дори още не са се справили.
В предишни години изследователи от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ (САЩ) предизвикаха фузионни експлозии, като фокусираха лазерни лъчи с висока интензивност върху водородни капсули и възнамеряват да продължат тази линия на работа в новия Национален механизъм за запалване. Други учени се опитват да накарат водорода да имплодира със снопове тежки елементи, като ксенон или цезий.
Устройството на Sandia, ускорителят Z, е създадено за изследване на експлозии на ядрени оръжия, без да се правят ядрени тестове. В средата на 90-те години този ускорител успя да произведе 20 трилиона вата рентгенови лъчи, но това не е близо до количеството, необходимо за предизвикване на синтез и дори лабораторията обмисля да изключи устройството. Подобренията умножиха пика на рентгеновата мощност с 10, достигайки повече от 200 милиарда вата, а дроселът започна да се мисли като кандидат за практически синтез: „Ние сме в надпреварата“, казва Джеф Куинтенц. В експеримента, за милиардни секунди, мощността на рентгеновите лъчи, изстреляни към водородната капсула, далеч надвишава мощността на всички електроцентрали в света.
По-голямата част от машината с диаметър повече от 30 метра, която прилича на огромно колело, съхранява голямо количество електрическа енергия и когато се освободи бързо, се задейства верига от събития, водещи до синтез. В центъра на машината има 360 вертикални волфрамови кабела, които образуват цилиндрична обвивка с диаметър 3,8 сантиметра. Вътре в корпуса има пластмасов цилиндър от пяна, а вътре в малка пластмасова капсула - бялата - с деутерий, тежкият изотоп на водорода.
Импулсът от 20 милиона ампера ток изпарява волфрамовите проводници и генерира магнитно поле, което проектира волфрамовата пара към центъра на цилиндъра. Парите се сблъскват с пластмасата, създавайки свръхзвукова ударна вълна, която генерира рентгенови лъчи, които загряват деутерия до над 11 милиона градуса по Целзий, притискайки го плътно. В експерименти миналата година учените от Sandia за първи път откриха неутрони, които са показатели за съществуването на реакции на синтез. Миналия месец те потвърдиха откритието си.
Днес термоядрените изблици са не повече от малки мехурчета, достатъчни за захранване на 40-ватова крушка само за една десет хилядна от секундата. "Това е първата стъпка по дълъг път", каза Лийпър.
По-нататъшното надграждане на дроселната клапа, планирано за 2005 г., ще увеличи максималния ток с една трета. Тогава учените се надяват да имат още по-голяма машина. В крайна сметка, за да генерират електричество, специалистите на Sandia биха обградили термоядрената камера с течност, която ще се нагрее чрез абсорбиране на неутроните, генерирани от реакцията на синтез. Тази гореща течност ще заври вода, която ще активира турбина.
Z машината може да изстрелва ежедневно изстрел. Завод, използващ тази технология, ще трябва да включва роботизирана система, която може да замени изгорелите волфрамови кабели, пяна и водородна капсула на всеки няколко секунди. Куинтенц казва, че бъдещата централа трябва да може да произвежда енергийни импулси трилион пъти по-силни от тези, излъчвани от машината Z.
Предимства и недостатъци на всеки метод
Ядрената енергия би била по-безопасна от енергията на делене, методът, който сега се използва в атомните електроцентрали, тъй като не произвежда дълготрайни радиоактивни отпадъци.
Всеки метод на контролиран синтез, който в момента се разследва, има своите предимства и недостатъци. Най-голямо внимание привличат лазерите, които могат да бъдат фокусирани с голяма точност. Много скъпият американски национален запалителен механизъм ще изстреля 192 лазера в една цел. Лазерите обаче са относително неефективни. Учените, които искат да използват тежки елементи, се надяват да се възползват от технологията на физическите ускорители на частиците, които използват магнити за насочване на заредени частици.
Машината Z е относително ефективна, когато става въпрос за използване на енергия и е проста. „Наистина това е проста технология и е солидна“, казва Рамон Лийпър от Националните лаборатории Sandia.
Традиционното сливане на магнитно задържане също напредва: международният проект ITER има за цел да построи експериментален реактор и през същата година се очаква да бъде взето решение за централата, на която Испания избира с Vandellós.
„Все още е преждевременно да се каже каква ще бъде печелившата технология“, казва Стюарт С. Прагер, експерт по укрепване на термоядрения синтез от Университета в Уисконсин (САЩ). "Определено трябва да знаем повече за участващата физика.".
* Тази статия се появи в печатното издание от 0022, 22 април 2003 г.