Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций США

На правительственном сайте Национального комплекса лазерных термоядерных реакций (NIF) есть один любопытный рецепт:

1. Возьмите полую сферическую пластиковую капсулу диаметром около двух миллиметров.
2. Наполните её 150 микрограммами смеси дейтерия и трития, двух тяжёлых изотопов водорода.
3. Возьмите лазер, который примерно за 20 миллиардных долей секунды может генерировать 500 триллионов ватт, что эквивалентно пяти миллионам миллионов 100–ваттных импульсов.
4. Направьте всю мощность лазера на поверхность капсулы.
5. Подождите десять миллиардных долей секунды.

Результат: одна миниатюрная звезда.

Цель NIF на самом деле состоит не в том, чтобы создавать крошечные звёзды (они появляются всего на пять миллиардных долей секунды, так что оценить их красоту не будет времени), а в том, чтобы создать термоядерный взрыв, подобный тому, который происходит на Солнце и во время атомных взрывов. Во время этого термоядерного «горения» крошечная частичка топлива почти полностью сгорает и выделяет в 10-100 раз больше энергии, чем было использовано для инициирования процесса термоядерного синтеза. Хотя это утверждение сразу напоминает о вечных двигателях, за ним стоит прочное научное обоснование. Такое высвобождение энергии достигается за счёт запуска цепной реакции, во многом похожей на термоядерную реакцию, которая питает энергией наше Солнце.

Чтобы создать подобное, NIF должен сжать эту «маленькую горошину» изотопов водорода (что делает атом изотопом, это количество нейтронов, отличное от количества нейтронов в атоме, в данном случае водорода) до плотности, в сто раз превышающей плотность твёрдого свинца (или 1134 грамма на кубический сантиметр, то есть кубик размером 1 см весил бы примерно 1,1 кг), сжимает водородную горошину со скоростью 1,6 млн км в час до гораздо меньших размеров и нагревает её до 100 млн градусов Цельсия (что даже выше температуры в центре Солнца). Для выполнения этой невероятной задачи нужен очень большой лазер.

К счастью, NIF оснащён мощнейшим лазером. Лазер сам по себе является огромным достижением инженерной мысли, но ему сопутствовал ещё ряд прорывов: создание самого большого оптического прибора из когда-либо созданных с помощью системы быстрого роста, которая всего за два месяца вырастила 300-килограммовый кристалл, использовавшийся для фокусировки лазера; специальных «деформируемых» зеркал, которые помогают компенсировать ошибки фокусировки; трёхэтажной сферической камеры-мишени весом около 130 000 кг; а также 96 км зеркал и волоконной оптики, размещённых в 10-этажном складском здании размером с три футбольных поля.

Используя один лазер, NIF разделит поток на 192 отдельных луча, которые сойдутся вместе со всех сторон, и «в течение нескольких триллионных долей секунды» сфокусируют примерно два миллиона джоулей ультрафиолетовой лазерной энергии на крошечной водородной горошине. Технически в этом случае они могут фокусировать энергию не непосредственно на горошине, а на хольрауме, или держателе, который будет излучать энергию посредством рентгеновских лучей на горошину (метод непрямого воздействия).

Комплекс, запущенный в 1997 году, был введён в эксплуатацию только к 2010 году, когда начались попытки создавать эти крошечные звёздочки. Сильно отставая от графика и в четыре раза превысив бюджет (на 3,5 миллиарда долларов), NIF столкнулся с резкой критикой в свой адрес, в том числе из-за того, что лазеры не могут фокусироваться на такой маленькой цели, и что NIF никогда не сможет добиться воспламенения в водородной горошине.

Если NIF действительно смогут достичь термоядерного синтеза и генерировать хотя бы в 10 раз больше энергии, чем было использовано для запуска процесса, это позволит совершенно по-новому взглянуть на энергетическое будущее мира. Как выразился тогдашний губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер, это «стало бы революцией в нашем энергетическом будущем».