Магнитное пересоединение способно продвинуть управляемый термоядерный синтез

Американские специалисты из Мичиганского и Принстонского университетов обнаружили новый вид магнитного поведения в плазме, способный, по их мнению, пригодиться для достижения более эффективного термоядерного синтеза по инерциальному сценарию.

Коротко напомним: при таком методе слияние ядер достигается за счёт обстрела со всех сторон лазерными лучами мишени с дейтерием. Чтобы повысить температуру и давление в мишени до условий, характеризующих внутренности звёзд, оболочка мишени должна начать испаряться равномерно, сразу вся. На практике, впрочем, она предпочитает вначале испариться в ряде отдельных точек, из-за чего мишень сжимается не сферой, а чем-то вроде комка, а давление и температура получаются не такими большими. В итоге общая эффективность схемы «лазерный обстрел — термоядерная реакция» остаётся удручающе низкой, заставляя тратить на поддержание реакции больше, чем от неё удаётся получить энергии.

Вверху: при нагреве магнитные поля не дают теплу свободно распространяться по оболочке мишени, создавая «загородки» вокруг двух пятен от лазерных лучей. Однако (ниже) движущиеся магнитные поля могут соединиться и создать канал обмена теплом между двумя пятнами. (Илл. Joglekar, Thomas, Fox, Bhattacharjee.)

Неравномерность нагрева оболочки мишени вызвана тем, что тепло в оболочке передаётся электронами, «разбегающимися» от мест касания почти двухсот лазерных пучков.

Но дело в том, что, когда лазер превращает стенки мишени (в точке контакта) в плазму, электроны в ней начинают двигаться, возникает магнитное поле, и оно, в свою очередь, ограничивает свободное равномерное распространение электронов во все стороны.

Группе исследователей во главе с Амитавой Бхаттачарджи (Amitava Bhattacharjee) из Принстонского университета (США) удалось показать, что всё это не совсем безнадёжно. «Горячие» электроны в попытке добраться до более холодных областей могут «толкать» магнитную загородку дальше, до некоторой степени сдвигая границу равномерного распространения тепла. Более того, было продемонстрировано, что такое движение можно использовать для объединения магнитных «стенок» от двух точек, нагреваемых соседними лазерными лучами.

По сути, учёные открыли совершенно новый механизм магнитного пересоединения. В теории такие процессы могут идти не только в термоядерных мишенях, но и на Солнце, где магнитное пересоединение имеет прямое отношение к вспышкам и выбросам массы с его поверхности.

Но вернёмся на Землю. Физики уверены: проектанты систем инерциального термоядерного синтеза могут использовать новооткрытые особенности магнитных процессов в плазме для размещения лазеров, воздействующих на мишень, оптимальным образом, то есть так, чтобы исключить неравномерность её сжатия. Тем самым можно будет заметно увеличить эффективность этого процесса, сделав шаг к экономически целесообразному термоядерному синтезу.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Мичиганского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.