Физики представили новый тип термоядерного реакторного двигателя

Технологию представил физик Джон Чэпмен из Исследовательского центра НАСА Лэнгли на симпозиуме по управляемому термоядерному синтезу SOFE 2011, который завершился вчера в Чикаго (США).

Термоядерную реакцию должен инициировать коммерчески доступный лазер, использующийся в лабораторных экспериментах. С помощью техники усиления чирпированных импульсов (CPA) плотность его потока излучения повысится примерно до 2×1018 Вт/см², частота будет достигать 75 МГц, а длина волны составит 1–10 микрон.

Лазер будет воздействовать на двухслойный элемент диаметром около 20 см. Первый слой, состоящий из проводящей металлической фольги толщиной от 5 до 10 микрон, служит ускорителем протонов, которые попадают на второй слой — плёнку из бора-11. Когда протоны, энергия которых составляет порядка 163 тыс. электрон-вольт, сталкиваются с ядром бора, формируется ядро углерода. Оно тут же распадается на альфа-частицу (гелий-4) и ядро бериллия, а последнее, в свою очередь, образует ещё две альфа-частицы.

Суммарная энергия трёх альфа-частиц составляет 8,7 млн электрон-вольт. Электромагнитные силы отправляют их в ту же сторону, куда направлен лазерный луч, и они в итоге вылетают из сопла двигателя, обеспечивая тягу.

Каждый лазерный импульс высвобождает около 100 тыс. альфа-частиц. Разумеется, не все они выйдут из сопла, но даже при 50-процентной эффективности 40 мг борного топлива дадут гигаджоуль энергии, свидетельствуют расчёты г-на Чэпмена.

Главным преимуществом этой схемы перед другими управляемыми термоядерными реакциями, которые теоретически могут применяться в ракетных двигателях, является её анейтронный характер. Это значит, что на долю нейтронов приходится не более 1% от общего объёма высвобождаемой энергии, тогда как в других случаях (например, при реакции дейтерий + тритий) нейтронная радиация может составлять до 80%. Таким образом, отпадает необходимость в защите от ионизирующего излучения и системах преобразования кинетической энергии нейтронов в тепловую энергию.

Как признаёт сам автор технологии, до её реализации на практике хотя бы в стенах лаборатории (не говоря уже об испытаниях такого двигателя в космосе) ждать придется как минимум десятилетие.

Подготовлено по материалам IEEE Spectrum.