В попытке оседлать термояд учёные активно развивают два магистральных направления и продолжают спорить, какое из них перспективнее. Но не исключено, что лучшим решением окажется сравнительно новая схема, своего рода боковое ответвление от двух проторённых путей. Оказывается, для запуска вожделённой реакции можно использовать стрельбу алмазами.
Одним из самых экзотических методов управляемого термоядерного синтеза — «ударным» (Impact Fusion) — несколько лет занимается группа исследователей из Пекинского университета (Peking University) и его лаборатории ядерной физики и технологии (State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology).
За последнюю пару лет китайские специалисты выпустили несколько работ по этой теме: статью, размещённую на сайте МАГАТЭ (PDF-документ), материал, вышедший в журнале Nuclear Fusion, и результат свежего численного моделирования, выложенный в Сеть университетом. Все эти исследования велись на кончике пера, однако в будущем, возможно, они выльются в какие-то натурные эксперименты.
Новые расчёты делают «ударный синтез» несколько более реальным. Если раньше физики изучали возможность использования в данной схеме легкогазовых и рельсовых пушек (вывод — они слишком слабы), то китайцы сообщают: единственный доступный способ получения желаемых параметров — многоступенчатый электростатический линейный ускоритель.
Авторы исследования пишут, что пылевые частицы весом 10-10 грамма учёным уже удавалось разгонять до 100 км/с — при помощи электростатических ускорителей, питаемых генератором Ван де Граафа (Van de Graaff generator).
А ещё в этой связи можно вспомнить, как за счёт сверхсильных полей физики получили ускорение твёрдого макроскопического тела в 10 миллиардов g, правда, на очень коротком отрезке пути.
Отсюда до трёх миллиграммов и 1000 км/с — немалая дистанция. Но, ориентируясь на опыт возведения крупнейших ускорителей, можно сказать, что создать «пушку» для макронов — всё же реально. В длину она будет насчитывать от 100 километров до всего 4 км в зависимости от того, какую напряжённость поля смогут обеспечить инженеры в установке.
Алмаз в роли ударника выбран из-за важного сочетания свойств. Он обладает высокой прочностью, но в то же время умеренной плотностью, что хорошо для выбранного метода ускорения. К тому же у алмаза — как ионизированной частицы — низкие потери на тормозное излучение.
Физики рассматривают миллиметровый алмаз как аналог пучка ионов. И хотя энергия каждого отдельного атома в таком случае оказывается очень далека от рекордной, плотность «пучка» будет в миллиарды раз выше, чем плотность ионных пучков в традиционных ускорителях частиц. Именно это, наряду с высокой скоростью, по расчётам физиков и должно обеспечить начало термоядерного синтеза в точке удара алмазного снаряда и метановой мишени.
Учёные полагают, что, несмотря на трудности с постройкой большого ускорителя алмазов, новая схема окажется проще и дешевле прежних вариантов, ведь остальные части комплекса существенно упрощаются. Достаточно сказать, что тут не нужны ни сверхмощные лазеры, ни многотонные сверхпроводящие магниты, как в соперничающих схемах.
Физики рассмотрели как энергия, выделяемая в ходе синтеза, распределяется по нейтронам, электронам и ионам, отметив, что её можно использовать не только для выработки электричества. Так, нейтроны, на которые придётся львиная доля энергии, можно задействовать для бридинга ядерного топлива. Благо пространство в камере реакции ничем не занято, и там можно разместить блоки с делящимся веществом.
В численном моделировании соударения снаряда и мишени, а также последующих процессов учёные ограничились первыми 50 наносекундами (тут важно было убедиться, что реакция запущена). Но даже за это время, похоже, мишень выдаст в разы больше энергии, чем было потрачено не только на разгон снаряда, но даже на получение этого кристалла.
Правда, в такой системе всё ещё не ясным остаётся общий КПД: вопрос утилизации энергии микровзрывов подробно не рассматривался. Но в случае эффективной работы системы даже синтетические алмазы могут оказаться недорогим «расходным материалом».