Застосувавши комплекс із 192 потужних лазерів, команда фізиків з Національного комплексу лазерних термоядерних реакцій (відомий також як "Національний комплекс запалювання", National Ignition Facility, NIF) при Ліверморській лабораторії ім. Е. Лоуренса у Каліфорнії здійснила прорив у розробленні технології, яка потенційно може вирішити енергетичні проблеми людства й відсунути енергетичну кризу, як мінімум, на кілька тисячоліть – керованому термоядерному синтезі. Вперше в лабораторних умовах вчені отримали більше енергії від реакції синтезу, ніж вклали, аби його викликати. І хоча до повноцінного водневого реактора ще дуже далеко, важливий психологічний бар’єр до практично невичерпного джерела енергії перейдено.
Під час ланцюгової ядерної реакції енергія утворюється шляхом поділу важчих ядер на легші (за паливо використовують уран-235 або плутоній-239), а реакція ядерного синтезу продукує енергію зворотнім чином – шляхом злиття легших ядер у важчі. Паливом тут слугують важкі ізотопи водню – дейтерій та тритій. Джерелом енергії в обох випадках слугує явище дефекту маси – різниця між масою спокою атомного ядра і сумою мас його нуклонів. Надлишкова маса під час реакції, згідно знаменитої формули А. Ейнштейна E=mc2, перетворюється в енергію.
Реакція синтезу є джерелом енергії зірок; на ній же ґрунтується принцип дії водневих бомб, першу з яких випробували ще у 1951 р. Хоча закони, що лежать в основі термоядерного синтезу, добре відомі, спроба створити термоядерний реактор, аналогічний ядерному, досі не мала успіху. Основний виклик полягає в тому, як добути та утримувати плазму, нагріту до ста мільйонів градусів, в якій проходить синтез. Витрати енергії, необхідної для запуску термоядерної реакції, в лабораторних умовах завжди перевищували енернетичну віддачу від самої реації.
Щоб розпочати термоядерний синтез, необхідно стиснути водень до критичної густини, за якої починає діяти сильна ядерна взаємодія, що перевищує силу відштовхування його ядер. У Національному комплексі запалювання її досягли за допомогою 192 потужних ультрафіолетових лазерів, які сфокусували на золотому контейнері об’ємом 1 см. куб., названому гольраумом, всередині якого помістили пластикову капсулу з 150 мікрограмами замороженої дейтерієво-тритієвої суміші.
Лазери нагріли гольраум до температури, за якої він став джерелом потужного рентгенівського випромінювання, що стиснуло водень до густини, яка в сто разів перевищила густину свинцю. Внаслідок імплозії – спрямованого всередину вибуху – між ядрами водню почалась реакція синтезу. Вперше в історії її енерговіддача перевищила затрати енергії на її отримання.
Успіх науковців, описаний у статті, що побачила світ 12 лютого у журналі Nature, прийшов за результатами низки експериментів, які вони проводили з вересня 2013 до січня 2014 р. Чистий енергетичний прибуток – відношення затраченої до одержаної енергії – виявився досить малим – близько 1%. Тим не менше, це вже є величезним поступом уперед, адже долає психологічний рубіж, що залишався неприступним впродовж декількох десятилість досліджень. Важливо також, що більшість одержаної енергії походила не від самої реакції, а від нагрітого під її дією палива. А це – основний крок до безперервної реакції, яка сама себе підтримує.
Важливий рубіж на шляху до «Святого Грааля» енергетики, здається, подолано. Усі вчені, однак, сходяться на думці, що до самого термоядерного реактора ще дуже далеко.
14.02.2014