Проведены новые эксперименты по комбинированию двух классических подходов к управляемому термоядерному синтезу — магнитного и инерциального удержания плазмы. Оказалось, что приложение сильного магнитного поля к капсуле с топливом улучшает ее сжатие.

Управляемый термоядерный синтез является самым привлекательным перспективным источником энергии на Земле. Слияние легких ядер высвобождает больше энергии, чем деление урана, и некоторые из видов термоядерного топлива распространены повсеместно. В каждом литре воды на Земле содержится 34 миллиграмма дейтерия, в которых скрывается почти в триста раз больше энергии, чем в литре бензина. В природе термоядерный синтез происходит в недрах звезд, но «запрячь» его на Земле — крайне сложная задача. Как и следует из названия, для термоядерного синтеза топливо требуется перевести в состояние плазмы и нагреть до температуры звездных недр – десятков или сотен миллионов градусов. Ни один материал таких условий не выдержит.

Измеренное распределение плотности плазмы в момент сжатия в отсутствие магнитного поля (слева) и после приложения к капсуле поля 50 тесла (справа). Цвет обозначает плотность плазмы: желтый – 0,84 г/см3 (как у керосина). Размер изображения по вертикали – треть миллиметра. / © https://journals.aps.org/…t.128.195002

Поначалу способы приручить термоядерную энергию разделялись на два класса — с магнитным и инерциальным удержанием плазмы. Первый способ использует тот факт, что магнитное поле препятствует движению заряженных частиц поперек силовых линий. Плазма, которая из них состоит, в достаточно сильном поле может некоторое время удерживаться, не касаясь стенок контейнера. В инерциальном удержании расчет на то, чтобы со всех сторон сжать и разогреть топливо, например с помощью сверхмощного лазера, — и сделать это настолько сильно и быстро, чтобы топливо зажглось, не успев разлететься.

Разработка обоих подходов встретила и продолжает встречать великое множество сложностей. Оказалось, что термоядерная плазма проявляет разнообразные неустойчивости, которые выбрасывают ее на стенки контейнера в первом случае, и не дают объему с топливом как следует сжаться — во втором. Как говорят, до управляемого термоядерного синтеза всегда остается тридцать лет, независимо от того, в каком году сделан прогноз.

Столкнувшись с трудностями, ученые стали совершенствовать и комбинировать способы удержания термоядерной плазмы. Одна из идей заключается в том, что если как следует «намагнитить» топливо, и затем обстрелять его лазерами, магнитное поле поможет плазме чуть дольше удерживаться в малом объеме, и большая часть топлива успеет прореагировать.

Исследовательская коллаборация под предводительством Массачусетского технологического института (MIT) и Ариджита Бозе изучила в экспериментах, что происходит с сильно намагниченной плазмой при сжатии и разогреве.