Лазер нагрел вещество до температуры центра Солнца

Международной группе исследователей впервые удалось добиться нагрева вещества до 10 миллионов градусов. Эксперимент был проведён на одном из самых мощных в мире лазеров – британском Vulcan. По мнению учёных, полученные результаты не просто взятие очередного температурного «барьера», а важный шаг на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Согласно отчёту, опубликованному в журнале New Journal of Physics, в ходе серии опытов на Vulcan были достигнуты мощности излучения в 0,32-0,73 петаватта (один петаватт – тысяча триллионов или 10¹⁵ ватт).

Воздействие лазером на «сердечник» длилось в течение одной пикосекунды (одной триллионной доли секунды) и было сосредоточено в луче диаметром в одну десятую человеческого волоса. Таким образом, интенсивность излучения – одна из ключевых инструментальных характеристик лазера – составила около 4 х 10²⁰ ватт на см².

Эта «удельная мощность» несколько меньше, чем полученная на американском HERCULES в феврале нынешнего года. Тем не менее длительности импульса (времени воздействия лазером), достаточной для нагрева вещества до столь высокой температуры, ранее добиться не удавалось.

Вообще говоря, в мире всего несколько петаваттных лазеров – помимо уже упомянутых, это установка в американской Ливерморской лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory), LOA во Франции, Jena в Германии и аппарат в исследовательском центре фотоники (Advanced Photonics Research Center) в Японии. Напомним, что петаватт – это примерно в 100 раз больше суммарной мощности всех земных электростанций.

Характеристики установки Vulcan (её общий вид и показан здесь) позволяют проводить замеры большой точности. В частности, в ходе последнего эксперимента было достигнуто «временное разрешение» (temporal resolution) в 17 пикосекунд и «пространственное разрешение» в 30 микрометров (иллюстрация с сайта clf.rl.ac.uk).

Так вот, проблема до недавнего времени состояла в том, что малая длительность импульса вкупе с крошечной областью воздействия луча не позволяли исследователям фиксировать результаты таких экспериментов.

Действительно, если данные нельзя измерить количественно, то пользы от опыта – никакой.

На Vulcan эту проблему так называемого «пространственного разрешения» (spatial resolution), необходимого для «извлечения» данных, удалось решить с помощью специальной оптоволоконной системы.

По мнению профессора Питера Норриса (Peter Norreys) из лаборатории Рутерфорд Эпплтон (Rutherford Appleton Laboratory), где и проводились испытания, полученные результаты позволят значительно продвинуться в разработке лазера следующего поколения по проекту Hiper. На этой установке учёные планируют нагреть вещество до 100 миллионов градусов, что необходимо для запуска термоядерной реакции.

«Hiper будет очень масштабным проектом, так что нам надо подтвердить правильность понимания его потенциальных возможностей», — говорит исследователь.

Под воздействием сверхвысоких температур тяжёлый водород теряет часть свой массы, и при этом высвобождается колоссальное количество энергии (иллюстрация с сайта hiper-laser.org).

Напомним, что термоядерная энергия на сегодняшний день рассматривается как одна из «панацей» в условиях роста населения Земли, с одной стороны, и истощения природных ресурсов — с другой. Топливом для ядерного синтеза являются дейтерий и тритий – два изотопа водорода, которые теоретически можно «добывать» в Мировом океане.

Термоядерная реакция естественным образом происходит в недрах Солнца, но в условиях низкого земного давления для её осуществления потребуются температуры как раз порядка 100 миллионов градусов.

Напомним, что помимо лазерной установки, другим (и более перспективным на данный момент) способом достижения управляемого термоядерного синтеза является ускоритель частиц, на котором происходит нагрев и удержание высокотемпературной плазмы в электромагнитном поле. Самым известным на данный момент проектом в этой области являетсяITER, о котором мы уже писали. Также стоит вспомнитьдостижение китайцев.

Но, возможно, лазеры «обгонят» ускоритель: учёные ожидают получить «лучевую» термоядерную энергию уже к 2012 году.

«Эффективное воздействие лазером на вещество в сердечнике – решающий фактор для запуска термоядерной реакции, оно является одним из ключевых вопросов, которые необходимо разрешить для строительства рабочего реактора», — говорит доктор Джонатан Дэвис (Jonathan Davies) из Высшего технического института (Instituto Superior Técnico) в Лиссабоне, который принимал участие в исследовании.