Ускоритель Z-machine будет использовать тритий в качестве термоядерного топлива

Специалисты Национальной лаборатории Санддиа (Sandia National Laboratories) уже достаточно долго работают в направлении использования реакций термоядерного синтеза для получения энергии. И в скором времени находящийся в их распоряжении энергетический ускоритель Z-machine будет использовать в качестве термоядерного топлива тритий, самый тяжелый из трех изотопов водорода. Согласно расчетам, использование трития позволит добиться 500-кратного увеличения энергетического выхода реакций термоядерного синтеза, что должно обеспечить этим реакциям самоподдерживающийся характер. Однако использование трития является делом сложным и чреватым многими опасностями.

Напомним нашим читателям, что ускоритель Z-machine уже несколько десятилетий используется для создания реакций термоядерного синтеза в лабораторных условиях. По существу этот ускоритель является генератором мощного импульса, состоящим из кольца огромных электрических конденсаторов, накопленная в которых энергия подается в центральную вакуумную камеру посредством необычайно толстых кабелей.

Энергия, подаваемая в камеру ускорителя Z-machine во время одного импульса, в 1000 раз превышает энергию молнии, а длительность этого импульса в 20 тысяч раз короче, чем длительность грозового разряда. Вся эта энергия подводится на «мишень», изготовленную из сотен тончайших вольфрамовых проводков. Под воздействием подведенной энергии эти вольфрамовые волоски моментально испаряются и превращаются в высокотемпературную плазму, производя всплеск рентгеновского излучения. Энергия этого всплеска равна двум миллионам джоулей и ее достаточно для того, чтобы поднять температуру в активной зоне камеры ускорителя до 1.8 миллионов градусов Цельсия.

До последнего времени вся энергия ускорителя Z-machine фокусировалась на мишени из дейтерия, который является изотопом водорода, ядро которого содержит один нейтрон. Тритий — это изотоп водорода с двумя нейтронами в его ядре. И в скором времени специалисты лаборатории Сандиа планируют «зарядить» ускоритель Z-machine смесью дейтерия и трития в соотношении 50/50. В результате этого будет получено в 80 раз больше свободных нейтронов, а количество энергии на выходе реакции увеличится в 500 раз.

Однако тритий является нестабильным радиоактивным изотопом с периодом полураспада чуть более 12 лет. Поэтому работа с ним должна вестись с особой тщательностью и с соблюдением должных мер предосторожности. Поскольку тритий является столь же летучим, как и водород, он легко сможет проникнуть туда, куда не надо, к примеру, в воду системы охлаждения ускорителя. Однако, богатый опыт работы с плутонием поможет специалистам лаборатории произвести опыты с тритием на самом высоком уровне безопасности.

Первые эксперименты с тритием будут проводиться в течение всего одного дня, но этому дню будет предшествовать длительный подготовительный и тестовый период. В течение этого периода будет произведена проверка дополнительного оборудования, предназначенного для очистки камеры от трития после каждого «выстрела» ускорителя Z-machine. Такая очистка необходима в целях безопасности, во-первых, и для обеспечения точных замеров параметров произошедших реакций термоядерного синтеза, во-вторых.

И в заключении следует отметить, что не стоит сильно волноваться о том, что на ускорителе Z-machine в силу неуправляемого характера реакций термоядерного синтеза сможет произойти катастрофа. Сначала в ускоритель будет вводиться топливная смесь с малым количеством трития, которое будет немного увеличиваться с каждым последующим запуском. И, если все пойдет согласно планам, то к смести с соотношением дейтерия к тритию 50 на 50 ученые доберутся только спустя три года после начала первых экспериментов.