Российские ученые продвинулись в изучении безнейтронного ядерного синтеза протон-бор

Физики из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН объявили о значительном прогрессе в исследовании термоядерного синтеза на основе реакции протон-бор, которая не сопровождается выбросом нейтронов. Этот метод открывает новые перспективы для создания безопасных и экологически чистых источников энергии.

Безопасный термоядерный синтез: почему реакция протон-бор так важна?

В отличие от классических термоядерных реакций, например, дейтерий-тритий, реакция протон-бор не приводит к выбросу нейтронного излучения, что делает её значительно безопаснее. В последние десятилетия интерес к этой технологии вырос, однако её реализация сталкивалась с серьезными техническими вызовами — для запуска реакции требуется плазма с энергиями частиц порядка 100 кэВ.

Новые технологии для достижения стабильного синтеза

С момента первых исследований в 2005 году физики в основном использовали лазерные установки для генерации плазмы. В последние годы в лазерных экспериментах удалось добиться значительного увеличения выхода альфа-частиц — основного продукта реакции протон-бор. Однако исследователи изучают и другие способы удержания плазмы, которые могут сделать процесс более эффективным.

Одним из таких альтернативных подходов стал метод магнитного удержания плазмы, в котором используется инжекция борного порошка и направленные пучки водородных ионов. В 2021 году российские ученые впервые в мире успешно продемонстрировали ускорение и удержание протонов и ионов бора в миниатюрном устройстве на основе наносекундного вакуумного разряда (НВР), что позволило получить альфа-частицы без применения внешних лазеров.

Моделирование реакций и новые открытия

Недавние исследования были направлены на детальное изучение процессов, происходящих в плазме НВР. Учёные использовали метод Particle-in-Cell (PiC), который позволил смоделировать динамику частиц и определить ключевые параметры, влияющие на выход альфа-частиц.

В ходе экспериментов выяснилось, что конструкция электродов, использованная в ранних работах, не была оптимальной. Анализ показал, что увеличение анода — зоны, где происходит основная реакция — позволяет значительно повысить число успешных столкновений протонов с ионами бора. Однако дальнейшее расширение анода свыше 0.5 см перестаёт давать эффект, что связано со спецификой движения заряженных частиц в плазме.

Будущее термоядерной энергетики

Эти результаты не только помогут в создании более эффективных установок для получения чистой энергии, но и откроют новые возможности для использования альфа-частиц в медицине и промышленности. Оптимизация параметров плазмы и конструктивных элементов реактора позволит в будущем создать компактные, безопасные и управляемые источники термоядерной энергии, что станет важным шагом на пути к устойчивой энергетике будущего.