В революционном развитии для термоядерной энергии исследователи из Национального комплекса лазерных термоядерных реакций США (NIF) наблюдали новые физические явления при горении плазмы в термоядерном реакторе с инерционным удержанием (ICF). Это открытие, сообщенное в январе 2025 года, знаменует собой ключевой шаг в понимании экстремальных условий, подобных тем, что были в ранней Вселенной.
Исследование, возглавляемое профессором Цзе Чжанем из Института физики Китайской академии наук и Шанхайского университета Цзяо Тунг, выявило значительные отклонения в данных спектра нейтронов от гидродинамических предсказаний и указало на присутствие сверхтепловых ионов дейтерия-трития (DT). Эти результаты ставят под сомнение существующие модели, основанные на распределениях Максвелла и подчеркивают ранее упущенные кинетические эффекты и механизмы неравновесия.
Исследовательская группа разработала модель столкновения под большими углами, которая учитывает экранированные потенциалы фоновых ионов и относительное движение ионов во время бинарных столкновений. Этот подход эффективно захватывает сложную кинетику ионов, что привело к созданию гибридного кода частиц в ячейках LAPINS, который позволяет проводить высокоточные симуляции плазмы ICF.
Ключевые достижения этого исследования включают:
Улучшение времени зажигания примерно на 10 пикосекунд.
Обнаружение сверхтепловых ионов дейтерия ниже энергетического порога около 34 кэВ.
Почти вдвое превышающие ожидаемые пиковые плотности альфа-частиц.
Увеличение плотности альфа-частиц в центре горячей точки на 24%.
Сопоставление результатов анализа нейтронного спектрального момента, проведенного NIF, с результатами кинетического моделирования подтверждает достоверность этих выводов, демонстрируя значительные расхождения, которые увеличиваются с увеличением мощности. Это исследование не только улучшает интерпретацию экспериментальных результатов, но и открывает новые пути для совершенствования схем зажигания и изучения горящей ядерной плазмы.
Эти знания о сложной физике ядерных горящих плазм могут потенциально привести к прогрессу в технологии термоядерной энергии и проложить путь для устойчивых источников энергии, которые имитируют процессы ранней Вселенной.