Национальный лазерный термоядерный проект NIF не смог к осени 2012 года поджечь термоядерную реакцию путем скрещивания на капсуле с горючим сверхмощных лазерных лучей, — это предыстория. Уникальный комплекс могут перепрофилировать на работы в области ядерного оружия, — это возможное будущее. Про это мы писали некоторое время назад, когда еще не были известны причины отрицательного результата NIF в прошлом году. А сейчас уже можно говорить о том, почему же реакция с выделением достаточного количества энергии так и не началась.
Причиной номер один в новом докладе называют несовершенство компьютерных моделей, использованных при проектировании установки и планировании экспериментов. Расчеты оказались слишком опмтимистичны и разошлись с реальностью. В частности, физики недооценили рассеяние света на той стадии процесса, когда капсула с топливом уже превратилась в плазму, но эта плазма еще не достигла критической плотности и температуры.
Вторая причина — анализ экспериментальных данных показал, что сжатие дейтерий-тритиевой плазмы из испарившей капсулы происходит с нарушением сферической симметрии. Проще говоря, плазма сжимается не шариком, а каким-нибудь эллипсоидом или блином. А то и вовсе превращается в облако неправильной формы, которое в принципе не поддается сжатию лазерными лучами.
Прошлые расчеты позволяли утверждать, что на разогрев плазмы пойдет от 3 до 4 килоджоулей переданной лазерными лучами энергии. А реальный показатель оказался всего около одного килоджоуля. Причем это еще лучшие результаты за всю работу NIF! Причина такого конфуза в несимметричности сжатия плазмы, но как с этим справится пока не очень понятно, физика процесса до сих пор изучена далеко не до конца.
Можно было бы еще рассказать про то, что свой вклад внесла и неидеальная поверхность самих капсул, можно многое написать про фундаментальные ограничения численного моделирования — но мы, пожалуй, перейдем к главному. Сложнейший лазерный комплекс строили не ради того, чтобы посмотреть на экстремальные процессы при сверхвысоких температурах и удовлетворить любопытство физиков за счет департамента энергетики США. NIF должен был стать важным шагом на пути к чистой, неисчерпаемой и фактически не требующей уникальных полезных ископаемых энергии термоядерных реакций — можно ли теперь говорить о провале лазерной термоядерной энергетики в целом?
На этот важнейший вопрос разные эксперты дали разные ответы. Авторы отчета единодушны только в том, что данных все еще мало и даже при помощи NIF реакцию, возможно, зажечь все-таки удастся. Но — здесь все тоже пока солидарны — речь идет о сложной задаче. Которая в любом случае потребует немалых вложений сил, средств и времени, а положительного результата может и не дать. Может даст, может нет.
Хотите большей определенности? В таком случае обратите внимание на перечень задач, которые стоят перед учеными: увеличить точность моделирования, изучить сжатие плазмы лазерными лучами, выявить причины ассиметрии, подорвать некоторое число несимметричных капсул, усовершенствовать используемое для наблюдения за плазмой оборудование… Даже для однозначного заключения о невозможности лазерного термоядерного синтеза работы на NIF придется продолжить.
Пафос и практичность
На официальном сайте NIF нашелся любопытный снимок, который мы воспроизводим ниже:
Это не просто группа рабочих, устанавливающих очередной пруток арматуры в каркас здания. Это отсылка к снимку, сделанному 23 февряля 1945 года на острове Иводзима военным корреспондентом Джо Розенталем; в США это примерно такой же кадр, как в России знаменитый кадр с водружением флага на Рейхстаге 1 мая 1945 года. Пафосно? Безусловно, равно как и метафора о принесении на Землю энергии звезд.
Но для пафоса есть вполне серьезные основания: термоядерная реакция выдает очень много энергии, используя дейтерий и тритий. Это изотопы водорода с одним и двумя нейтронами соответственно, причем дейтерия много в обычной воде, а тритий получается облучением нейтронами лития-6, самого распространенного изотопа лития. Теоретически, все необходимое для термоядерного реактора берется буквально из морской воды. Никакой нефти, газа, угля и урана, никакой золы, углекислого газа и даже высокооактивных радиоактивных отходов, которые на протяжении многих веков остаются смертельно опасными для всего живого.
Сумма, потраченная на NIF и ITER вместе взятые — это копейки на фоне одного только оборонного бюджета, а в пересчете на все население США NIF стоил чуть больше десяти долларов. Так что за работами в этой области стоит следить самым пристальным образом.