13 დეკემბერს აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტმა და ბირთვული უსაფრთხოების ეროვნულმა ადმინისტრაციამ გამოაცხადეს, რომ კალიფორნიაში განთავსებულ ლოურენს ლივერმორის ეროვნულ ლაბორატორიაში (LLNL) 5 დეკემბერს ჩატარებული ექსპერიმენტისას გადაილახა თერმობირთვული ენერგეტიკის დიდი ხნის ნანატრი ეტაპი - პირველად შერწყმის რეაქციამ უფრო მეტი ენერგია გამოიმუშავა, ვიდრე მის განსახორციელებლად იყო დახარჯული.

თერმობირთვული შერწყმა არის პროცესი, რომლის დროსაც ორი მსუბუქი ატომის ბირთვი ერთიანდება ერთ უფრო მძიმე ბირთვში და ამ პროცესისას გამოიყოფა ენერგია. 1960-იან წლებში LLNL-ის მეცნიერთა ჯგუფმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ლაბორატორიულ პირობებში ბირთვების შერწყმის მიღწევა შეიძლებოდა ლაზერების გამოყენებით. მეცნიერები ამ ტექნოლოგიას, ე. წ. ინერციული შერწყმას, თითქმის 60 წლის განმავლობაში ავითარებდნენ უფრო და უფრო ძლიერი ლაზერული სისტემების გამოყენებით. თანამედროვე ექსპერიმენტული ობიექტი დაახლოებით სპორტული სტადიონის ზომისაა, სადაც მძლავრი ლაზერული სხივები მცირე მოცულობაში ქმნიან ისეთ ტემპერატურასა და წნევას, რაც ვარსკვლავებისა და გიგანტური პლანეტების ბირთვებში გვხვდება.

LLNL-ში დამონტაჟებული დანადგარი NIF (National Ignition Facility) არის მსოფლიოში ყველაზე დიდი ხელსაწყო ინერციული თერმობირთვული შერწყმის სფეროში. დანადგარში თერმობირთვულ ტემპერატურაზე გაცხელებული პლაზმის შეკავება ხდება ინერციული ძალებით და არა მაგნიტური ველების გამოყენებით, როგორც ტოკამაკებში. მიმდინარე ექსპერიმენტებში დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავით სავსე პატარა სფერული სამიზნის გასათბობად გამოიყენება 192 ლაზერის სხივი, რომელთა საერთო სიმძლავრე 500 ტერავატს აღწევს. სამიზნე მოთავსებულია ცილინდრულ ღრუში, რომლის კედლები რადიაციულ წონასწორობაშია მასში არსებულ სხივურ ენერგიასთან. ღრუს კედლები შთანთქავს ლაზერულ გამოსხივებას და ხელახლა ასხივებს მას რენტგენის სხივების სახით, რაც უფრო თანაბრად ათბობს სამიზნეს. დასხივების შედეგად ღრეჩოში განთავსებული სფერული სამიზნის ზედაპირი ორთქლდება და წარმოიქმნება დარტყმითი ტალღა, რომელიც ვრცელდება ცენტრისკენ და ინერციულად აკავებს ცხელ პლაზმას. მაქსიმალური შეკუმშვისა და გაცხელების მომენტში იწყება ბირთვების შერწყმის რეაქციები ალფა ნაწილაკების წარმოქმნით, რომლებიც ინარჩუნებენ რეაქციის ტემპერატურას. თუმცა, მაგნიტური ჩაჭერის პრინციპით მომუშავე სისტემებისგან განსხვავებით, მთელი პროცესი წამზე ნაკლები გრძელდება და არა ათობით ან ასობით წამის განმავლობაში.

თერმობირთვული რეაქტორის ეფექტურობა აღიწერება სპეციალური Q პარამეტრით, რომელიც რეაქტორის მიერ გამომუშავებული თერმული სიმძლავრის მისი მუშაობის შესანარჩუნებლად დახარჯულ სიმძლავრესთან შეფარდების ტოლია. რეაქტორის ეფექტურობისთვის Q უნდა იყოს ერთზე მეტი. კერძოდ, ტოკამაკის ტიპის მომავლის ექსპერიმენტული რეაქტორისთვის (ITER) გამოთვლილი Q არის 10. თუმცა ამჟამად მოქმედი ექსპერიმენტული ტოკამაკისთვის JET (დიდი ბრიტანეთი) რამდენიმე წამის განმავლობაში მიმდინარე რეაქციებისთვის ეს მნიშვნელობა მხოლოდ 0,33–0,7-ს შეადგენს.

გასული წლის აგვისტოში, NIF-მა მიაღწია რეკორდულ Q = 0,7-ს, წამის მემილიარდედის განმავლობაში 1,3 მეგაჯოული ენერგიის გამოყოფით. წელს, დეკემბერის დასაწყისში ჩატარებული ბოლო ექსპერიმენტისას კი ენერგიის გამოყოფა უკვე 3,15 მეგაჯოული იყო, ხოლო ლაზერის მოხმარებული სიმძლავრე მხოლოდ 2,05 მეგაჯოულს შეადგენდა.

ამრიგად, NIF-მა მიაღწია სამეცნიერო კვლევების მნიშვნელოვან ეტაპს, მაგრამ საინჟინრო დონის მიღწევამდე ჯერ კიდევ ძალიან შორსაა, ენერგიის ზრდა ჯერჯერობით მიღწეულია მხოლოდ ძალიან მცირე დროის განმავლობაში. მკვლევარები იმედოვნებენ, რომ მომავალში თერმობირთვული ენერგეტიკის განვითარებით მიღებული ენერგია ჩაანაცვლებს წიაღისეულ საწვავს და ენერგიის სხვა წყაროებს, რაც შეცვლის ჩვენს ცხოვრებას მომდევნო ათწლეულის განმავლობაში. ენერგიის სუფთა წყარო კაცობრიობის დიდი ხნის ოცნებაა. ახლა კი, როგორც ჩანს, მივაღწიეთ ამ ოცნებისკენ მიმავალი გრძელი გზის ბოლო მონაკვეთს.

წყარო:

https://www.science.org/content/article/historic-explosion-long-sought-fusion-breakthrough