Реактор синтеза на ладони гоняет дейтроны в гриву

Физики сконструировали установку настольного размера, в которой идут реакции ядерного синтеза. Ядро системы свободно помещается на ладони, а работает оно при комнатной температуре. И это – не розыгрыш.

Учёные из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles) продемонстрировали реактор синтеза, который можно удержать на одной руке. При этом деталей в нём на удивление мало, и всё действительно работает.

 

 

Создали установку физики Брайан Нараньё (Brian Naranjo), Джим Джимзевски (Jim Gimzewski) и Сет Паттермэн (Seth Putterman).

Аппарат представляет собой вакуумную камеру, заполненную дейтерием (в виде газа) при очень низком давлении — всего в 0,7 паскаля.

С одной стороны камеры закреплён цилиндрический кристалл танталата лития (LiTaO) размером в считанные сантиметры.

Материал этот является пироэлектриком – при нагреве он создаёт на своих сторонах электрический потенциал. В данном случае – целых 100 киловольт. Причём нужно подогреть кристалл всего-то до 25 градусов Цельсия.

Паттермэн, Нараньё и Джимзевски (слева направо) рядом со своей установкой (фото с сайта physicsweb.org).

На одной из сторон (с положительным потенциалом) кристалла закреплён очень острый вольфрамовый наконечник. Сильное поле на его конце ионизирует атомы дейтерия, которые попадают в непосредственную близость к игле.

Ионы дейтерия (дейтроны) разгоняются электрическим полем внутри камеры.

На большой скорости они бомбардируют мишень, богатую дейтерием (это пластина из дейтерида эрбия (ErD₃), и в некоторых из таких столкновений между ядрами дейтерия происходит реакция синтеза. В установке образуются ядра гелия и нейтроны с энергией 2,5 мегаэлектронвольта.

Электроны, выбитые из мишени (на которую подаётся слабый потенциал + 40 вольт), отражаются специальным заземлённым электродом в виде "подавляющей" решётки и возвращаются к мишени вместо того, чтобы быть ускоренными к кристаллу.

Продуктивность установки составляет внушительные 900 нейтронов в секунду (в 400 раз выше уровня фона).

Разумеется, ни о каком энергетическом реакторе тут речи и не идёт (может быть, только пока?), но авторы работы говорят, что такое устройство можно использовать как карманный и очень простой генератор нейтронного излучения.

Правда, данный выход нейтронов всё ещё намного ниже, чем у коммерчески доступных нейтронных генераторов. Но зато ни один из них не обладает такими малыми размерами и не нагревается в процессе работы так слабо.

И ведь создатели этого чуда намерены довести выход до миллиона нейтронов в секунду (то есть, поднять интенсивность реакции синтеза более чем в тысячу раз), заменив в мишени дейтерий на тритий и оптимизировав геометрию установки.

Схема установки кристаллического ядерного синтеза (иллюстрация с сайта physicsweb.org).

Аппарат, созданный в университете Калифорнии, может пригодиться не только в научных исследованиях, но и при создании новых космических ракетных двигателей, в медицине (лучевая терапия, диагностика), в "охоте" за контрабандными ядерными материалами и во многих других областях.

Нараньё шутит, что прогресс "походит на волшебство", и что он теперь понимает, почему звездолёт Enterprise в сериале Star Trek приводился в движение кристаллом дилитиума.

После ряда других историй с синтезом в стакане, данное достижение уже не шокирует, но всё равно — впечатляет.

Забавно, что Паттермэн хотел назвать новый принцип действия "кристаллическим синтезом" (crystallic fusion), но обнаружил, проводя отпуск со своими детьми, что термин давным-давно застолблён персонажем мультфильма Toy Story Базом Лайтером (Buzz Lightyear), когда он произносит фразу: "Эй парни, вы всё ещё используете ископаемое топливо — разве вы не открыли энергию кристаллического синтеза?".

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru