Опыты на американском экспериментальном реакторе NIF показали, что ионы в "горящей" плазме движутся при высоких температурах значительно быстрее, чем на это указывает формула Максвелла

Международный коллектив физиков открыл на экспериментальной установке NIF первые свидетельства того, что ионы дейтерия и трития, присутствующие внутри "горящей" плазмы в термоядерных реакторах, ведут себя не так, как предсказывают общепринятые физические теории. Выводы ученых были опубликованы в статье в журнале Nature Physics.

"Мы обнаружили существенные расхождения между реальной энергией ионов дейтерия и трития, присутствующих в "горящей" плазме на установке NIF, и теми значениями, на которые указывает классическая формула Максвелла. Мы продолжаем практические, теоретические и симуляционные эксперименты в попытках раскрыть причину появления этой аномалии, уже ставшей отличительной особенностью "горящей" плазмы", - пишут ученые.

В настоящее время существуют два возможных варианта разработки термоядерных реакторов. Наиболее общепринятый из них - так называемый "медленный" термоядерный синтез, в рамках которого физики планируют удерживать горячую плазму при помощи магнитных полей и электрических токов. На его базе сейчас строится международный экспериментальный термоядерный реактор ITER во Франции.

Существует и альтернативный подход, так называемый "быстрый" термоядерный синтез. Под этим словом ученые подразумевают установки, в которых термоядерная реакция протекает за миллионные доли секунды при сжатии термоядерного топлива, смеси из трития и дейтерия, при помощи набора из мощных лазеров. Эта технология сейчас активно разрабатывается на американском экспериментальном реакторе NIF.

Аномалии в поведении ионов

В начале этого года группе физиков под руководством научного сотрудника Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе (США) Алекса Зилстры впервые удалось вывести NIF в энергетический плюс и заставить плазму "гореть". Под этим словом ученые понимают создание условий, в которых термоядерные реакции между дейтерием и тритием начинают происходить самоподдерживающимся образом, что ведет к выделению тепла и образованию большого числа ядер гелия-4.

Добившись горения плазмы в NIF, Зилстра и его коллеги начали изучать то, какими свойствами обладает плазма при "быстром" термоядерном синтезе. Проведенные учеными опыты и наблюдения фактически сразу указали на то, что энергетический спектр дейтерия и трития в "горящей" плазме не соответствовал прогнозам, которые для такой ситуации дает общепринятая формула Максвелла.

В соответствии с ней, скорость движения ионов и их температура особым образом зависят друг от друга. Опыты на NIF показали, что ионы в "горящей" плазме движутся при высоких температурах значительно быстрее, чем на это указывает формула Максвелла. В дополнение к этому ученые открыли еще несколько других потенциальных аномалий, связывающих процесс "горения" плазмы и скорость движения ионов в ней.

По словам Зилстры и его коллег, пока исследователи не могут сказать, чем порождены эти аномалии в поведении ионов в "горящей" плазме и почему они отсутствуют до запуска реакций между ядрами дейтерия и трития. Последующие опыты и теоретические изыскания, как надеются физики, дадут точный ответ на все эти вопросы.