Студеният синтез, един от най-известните гафове в науката, се завръща – донякъде. Учени възкресиха експеримент, за който някога се твърдеше, че показва ядрен синтез при стайна температура, предлагайки изкусителната възможност за производство на енергия чрез същия механизъм, както вътре в слънцето, но без нужда от ултрависоки температури. Макар че първоначалната идея е напълно опровергана, тази последна версия показва начин за повишаване на нивата на синтез, дори ако все още не може да произведе полезни количества енергия.
Ядреният синтез е процес, при който атомните ядра се сливат при екстремни температури и налягания, като по този начин се освобождава енергия. Макар че това се случва естествено в звезди като нашето слънце, възпроизвеждането на процеса на Земята, за да се използва като източник на енергия, се оказа изключително трудно и въпреки плановете за търговски термоядрен реактор, предложени за първи път през 50-те години на миналия век, все още не е изграден такъв, който може надеждно да произвежда повече енергия, отколкото консумира.
Сега учени от Канада и Съединените щати са увеличили скоростта на термоядрен синтез на деутериеви ядра в паладиева мишена с 15 %, използвайки електрохимично насищане, което преди това е било безуспешно използвано за създаване на студен ядрен синтез.
Въпреки че топлинната мощност на реактора е с осем порядъка по-ниска от необходимата, изследването, публикувано в Nature, демонстрира първия пример за увеличаване на скоростта на термоядрен синтез с помощта на електрохимия.
Контролираният термоядрен синтез се смята за най-екологичния източник на енергия, но все още не е възможно да се реализира енергийно изгоден реактор. Според критерия на Лоусън, за да се създаде самоподдържаща се термоядрена реакция, е необходимо да се поддържа силно компресирана плазма в стабилно състояние при температура, значително надвишаваща температурата в недрата на слънцето. Досега термоядрените инсталации, базирани на магнитно ограничаване на плазмата и импулсна компресия, са се доближили най-много до удовлетворяване на критерия на Лоусън.
Друг обещаващ подход към ядрения синтез, който заобикаля горещата плазмена фаза, е насищането на кристалната решетка на металите с деутериеви атоми и след това бомбардирането на мишената с частици. Този подход компресира горивото до плътности, сравними с импулсния термоядрен синтез, което значително увеличава вероятността за деутерий-деутериева реакция. Въпреки че такава мишена може да се реализира при стайна температура, методът няма нищо общо със студения ядрен синтез, тъй като мишената се бомбардира с високоенергийни частици.
Въпреки че теорията за студения ядрен синтез е призната за несъстоятелна, нейните идеи се оказаха полезни за съвременната термоядрена физика. Група химици и физици, водени от Къртис Берлингет (Curtis P. Berlinguette) от Университета на Британска Колумбия, увеличават скоростта на деутериев синтез в паладиева кристална решетка с 15%, използвайки метода на електрохимично насищане, който първоначално е предложен от Мартин Флайшман и Стенли Понс. Докато Флайшман и Понс твърдят, че електролизата в тежка вода върху паладиев катод причинява реакция на деутериев синтез, което се оказа невярно, групата на Берлингет използва метода изключително за увеличаване на плътността на деутерия в кристалната решетка. За да направят това, учените създават ядрен реактор, наречен Thunderbird, който се побира на работна маса и се състои от три основни части: плазмена помпа, вакуумна камера и електрохимична клетка.
Устройство на реактора Thunderbird. Кредит: Curtis P. Berlinguette et al., Nature / 2025
Плазмената помпа в самото дъно на реактора йонизира деутерий и го насочва с отделените електрони във вакуумна камера, където се намира отрицателно заредена паладиева мишена. Силно електрическо поле, създадено в камерата, ускорява деутериевите йони до енергии от порядъка на килоелектронволта, въвеждайки ги в кристалната решетка на дълбочина от 0,18 микрометра. В този случай отрицателно заредените електрони се отдалечават от мишената, така че на повърхността ѝ се образува обвивка от деутериева плазма, видима с просто око. Непосредствено зад паладиевата мишена се намира електрохимична клетка (аналогична на инсталацията на Флайшман и Понс), в която тежка вода насища отрицателно заредената паладиева мишена с деутерий със 70%.
Снимката на вакуумната камера ясно показва потока от деутерий и електрони и как електронният компонент се разгръща, докато се приближава към мишената, образувайки празнина пред деутериевата обвивка на мишената. Кредит: Curtis P. Berlinguette et al., Nature / 2025
В резултат на сливането на деутериеви ядра, физиците са очаквали с еднаква вероятност образуването на ядро на хелий-3 и неутрон или на тритиево ядро и протон. Тъй като неутронът напуска реактора безпрепятствено, е избрано да се измери неутронното лъчение, за да се оцени скоростта на ядрените реакции. За да се изключи неправилно тълкуване на измерванията, участниците са моделирали процесите, протичащи в реактора, и след това са ги сравнили с експерименталните резултати.
Трите експеримента показват, че допълнителното напомпване на мишената с деутерий увеличава скоростта на реакцията с 15, 11 и 18 процента, което средно дава 15-процентно увеличение на скоростта. Последващото изключване на електрохимичната клетка не води до значително намаляване на скоростта на реакцията, тъй като броят на атомите, участващи в сливането, е много по-малък от общия брой частици в мишената.
Три експеримента, измерващи нивата на неутронно лъчение с изключена (фаза 1) и включена (фаза 2) електрохимична клетка. Кредит: Curtis P. Berlinguette et al., Nature / 2025
За да се уверят, че увеличението на неутроните се дължи на електролизата, учените повтарят и двата етапа на експеримента, като използват обикновена вода вместо тежка. Както се очаквало, нивото на неутронно лъчение не се променило след включване на електролитната клетка.
Въпреки че мощността, освободена от реактора Thunderbird, е с 10 порядъка по-малка от консумираната мощност, авторите смятат, че тези стойности могат да бъдат подобрени чрез замяна на паладиевата мишена с индуктивно свързана плазма или с метали (ниобий, титан), които са по-„капацитетни“ за деутериеви атоми. Учените също така предполагат, че хелий-3 и тритий, получени по време на реакции на синтез, биха могли да стимулират вторични ядрени реакции.
Справка: Kuo-Yi Chen, Jannis Maiwald, Phil A. Schauer, Sergey Issinski, Fatima H. Garcia, Ryan Oldford, Luca Egoriti, Shota Higashino, Aref E. Vakili, Yunzhou Wen, Joseph Z. X. Koh, Thomas Schenkel, Monika Stolar, Amanda K. Brown, Curtis P. Berlinguette. Electrochemical loading enhances deuterium fusion rates in a metal target. Nature, 2025; 644 (8077): 640 DOI: 10.1038/s41586-025-09042-7
Източник: Researchers use electrochemistry to boost nuclear fusion rates, University of British Columbia
Още по темата
Технологии
Китай разработи революционна суперстомана за изграждане на реактор за ядрен синтез
Физика
Мъртъв ли е най-големият проект в света за термоядрен синтез ITER?
Физика
Технологията на ядрен синтез преодоля две важни препятствия
![цикло[48]въглерод[4]катенан](http://i2.offnews.bg//nauka/events/2025/08/18/202204/1755421267_7_559x345.jpg "Синтезиран е първият изцяло въглероден пръстен, стабилен при стайна температура")
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Peter Petrov
След многократни експлозии нов тест за мегаракетата на Мъск
поп Дръвчо
Гледайте за първи път на живо как новооткритият "междузвезден посетител" 3I/ATLAS се устремява към нас
Bai Tanas
Как е миришел Древният Рим? Честно казано - ужасно!
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки