Кіріспе

Пироэлектрлік синтез — пироэлектрлік кристалдарды пайдаланып, дейтерий иондарын (тритийді де болашақта қолдану мүмкіндігі бар) дейтерийді (немесе тритийді) қамтитын металл гидрид нысанасына жеткілікті кинетикалық энергиямен жылдамдату арқылы ядролық синтезді тудыруға қабілетті жоғары қарқынды электростатикалық өрістерді жасау әдісін білдіреді. Бұл туралы 2005 жылдың сәуір айында UCLA командасы хабарлады. Ғалымдар -34-тен 7 °C-қа дейін қыздырылған пироэлектрлік кристалды вольфрам инесімен біріктіріп, метрге шамамен 25 гигавольт электр өрісін жасады, осы арқылы дейтерий ядроларын иондап, эрбий дейтерид нысанасына жылдамдатты. Кристалмен тудырылған дейтерий иондарының энергиясы тікелей өлшенбегенімен, авторлар модельдеуде 100 кВ (шамамен 109 К температура) мөлшерін пайдаланды. Мұндай энергия деңгейінде екі дейтерий ядросы бірігіп, гелий-3 ядросы, 2,45 МэВ нейтроны және тормоздық сәулелену шығарады. Бұл құрылғы пайдалы нейтрон генераторы болғанымен, ол қуат өндіруге арналмаған, себебі ол өндіргеннен әлдеқайда көп энергияны қажет етеді.

Тарих

Жарық иондарын электр статикалық өрістер мен дейтерий иондарын қолдану арқылы термоядролық реакцияны тұтас деутерленген нысаналарда алғаш рет 1932 жылы Коккрофт пен Уолтон көрсетті (Коккрофт-Уолтон генераторын қараңыз). Бұл процесс олардың бастапқы үдеткішінің кішкентай нұсқаларында пайдаланылады, ол мұнай іздеу үшін кішкентай, жабық түтікшелік нейтрон генераторлары түрінде қолданылады. Пироэлектрлік құбылыс ежелгі заманнан бері белгілі. Деутеронды үдету үшін пироэлектрлік өрісті алғаш рет 1997 жылы докторлар В. Д. Дугар Джабон, Г. В. Федорович және Н. В. Самсоненко қолданды. Бұл топ алғаш рет литий танталаты (LiTaO3) пироэлектрлік кристаллын термоядролық тәжірибелерде пайдаланды. Пироэлектрлік термоядролық қосылуға қатысты жаңа идея – пироэлектрлік эффектіні үдетуге қажетті электр өрістерін жасау үшін қолдану. Бұл кристаллды бірнеше минут ішінде -34 °C-тан +7 °C-қа дейін қыздыру арқылы жүзеге асырылады. Пироэлектрлік кристалдармен қозғалатын ядролық D-D термоядролық қосылуын 2002 жылы Нараньо мен Путтерман ұсынды. Бұл туралы 2004 жылы Браунридж бен Шафрот та айтқан. Нейтрон өндіру құрылғысында (D-D термоядролық қосылу арқылы) пироэлектрлік кристалдарды пайдалану мүмкіндігі 2004 жылы Гейтер мен Данонның конференциялық баяндамасында, кейін пироэлектрлік кристалдар арқылы электрон мен иондарды үдетуді талқылаған жарияланымда ұсынылды. Кейінгі авторлардың ешқайсысы 1997 жылы Дугар Джабон, Федорович және Самсоненко жүргізген тәжірибелік жұмыстың кристалдар ішінде термоядролық реакция болды деп қате есептегенін бұрын білмеді.

2005-2009 жылдар

2005 жылдың сәуірінде химия профессоры Джеймс К. Гимзевски мен физика профессоры Сет Путтерман басқарған UCLA тобы электр өрісінің күшін арттыру үшін пироэлектрлік кристалға бекітілген вольфрам зондын пайдаланды. Путтерманның аспиранты Брайан Наранжо пироэлектрлік қуат көзін зертханалық құрылғыда термоядролық синтез жасау үшін пайдалануды көрсеткен тәжірибе жүргізді. Құрылғы литий танталаты (LiTaO3) пироэлектрлік кристал арқылы дейтерий атомдарын иондап, дейтерондарды тұрақты эрбий дидеутериді (ErD2) нысанасына қарай үдетті. Секундына 1000-ға жуық термоядролық реакция орын алды, олардың әрқайсысы 820 кэВ гелий-3 ядросы мен 2,45 МэВ нейтронның пайда болуына әкелді. Топ құрылғыны нейтрон генераторы ретінде немесе ғарышқа ұшу үшін микроқозғалтқыштарда қолдану мүмкіндігін күтеді. Ярон Данон және оның аспиранты Джеффри Гейтер басқарған Ренсселэр политехникалық институтының тобы екі пироэлектрлік кристалдан тұратын және криогендік емес температурада жұмыс істей алатын құрылғы арқылы UCLA тәжірибелерін жақсартты. Пироэлектрлік синтез туралы жаңалықтарда Дугар Джабон, Федорович және Самсоненконың жұмыстары ескерілмеді. UCLA тобының мүшесі Наранжо Талеярханның бұрынғы термоядролық синтез туралы талаптарын сынға алған басты сарапшылардың бірі болды.

2010 жылдан қазіргі уақытқа дейін

Тритиленген нысананы пайдаланып пироэлектрлік синтездің алғашқы сәтті нәтижелері 2010 жылы хабарланды. Путтерман және Наранхо Лос-Аламос Ұлттық зертханасының Т. Венхауспен бірлесіп, фондық деңгейден әлдеқайда жоғары 14,1 МеВ нейтрондық сигналды өлшеді.