Введение

Пироэлектрический синтез — это метод использования пироэлектрических кристаллов для создания сильных электростатических полей, чтобы ускорять ионы дейтерия (в будущем возможно использование трития) в металлогидридную мишень, также содержащую дейтерий (или тритий), с достаточной кинетической энергией для инициирования ядерного синтеза. О данном методе было сообщено в апреле 2005 года группой исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Ученые использовали пироэлектрический кристалл, нагретый от −34 до 7 °C (−29 до 45 °F), в сочетании с вольфрамовой иглой для создания электрического поля около 25 гигавольт на метр, необходимого для ионизации и ускорения ядер дейтерия в мишень из дейтерида эрбия. Хотя энергия ионов дейтерия, генерируемых кристаллом, не измерялась напрямую, авторы использовали оценку в 100 кэВ (что соответствует температуре около 109 К) в своих расчетах. При таких энергиях два ядра дейтерия могут сливаться, образуя ядро гелия-3, нейтрон с энергией 2,45 МэВ и тормозное излучение. Несмотря на то, что устройство является полезным источником нейтронов, оно не предназначено для выработки электроэнергии, поскольку потребляет значительно больше энергии, чем производит.

История

Процесс ускорения легких ионов с использованием электростатических полей и ионов дейтерия для осуществления термоядерного синтеза в твердых дейтерированных мишенях впервые был продемонстрирован Коккрофтом и Уолтоном в 1932 году (см. генератор Коккрофта — Уолтона). Этот процесс используется в миниатюрных версиях их первоначального ускорителя, в форме небольших герметичных нейтронных генераторов, для геологоразведки нефти. Процесс пироэлектричества известен с древних времен. Первое использование пироэлектрического поля для ускорения дейтеронов произошло в эксперименте 1997 года, проведенном докторами В. Д. Дугар Ябон, Г. В. Федоровичем и Н. В. Самсоненко. Эта группа впервые использовала пироэлектрический кристалл литий-тантата (LiTaO3) в экспериментах по термоядерному синтезу. Новая идея пироэлектрического подхода к термоядерному синтезу заключается в применении пироэлектрического эффекта для генерации ускоряющих электрических полей. Это достигается путем нагрева кристалла от −34 °C до +7 °C в течение нескольких минут. Термоядерный синтез D-D, индуцированный пироэлектрическими кристаллами, был предложен Нараньо и Путтерманом в 2002 году и также обсуждался Брауниджем и Шафротом в 2004 году. Возможность использования пироэлектрических кристаллов в устройстве для производства нейтронов (путем синтеза D-D) была предложена в докладе, представленном на конференции Гётером и Даноном в 2004 году, а затем в публикации, посвященной ускорению электронов и ионов пироэлектрическими кристаллами. Ни один из этих авторов впоследствии не знал о более ранних экспериментальных работах 1997 года, проведенных Дугаром Ябоном, Федоровичем и Самсоненко, которые ошибочно полагали, что синтез происходит внутри кристаллов.

2005-2009 годы

В апреле 2005 года команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) под руководством профессора химии Джеймса К. Гимзевски и профессора физики Сета Путтермана использовала вольфрамовый зонд, прикрепленный к пироэлектрическому кристаллу, для увеличения напряженности электрического поля. Брайан Нараньо, аспирант, работавший под руководством Путтермана, провел эксперимент, демонстрирующий возможность использования пироэлектрического источника энергии для осуществления термоядерного синтеза на лабораторной установке. В установке использовался пироэлектрический кристалл литий-танталата (LiTaO3) для ионизации атомов дейтерия и ускорения дейтеронов в направлении стационарной мишени из дидеутерида эрбия (ErD2). Около 1000 реакций синтеза происходило каждую секунду, каждая из которых приводила к образованию ядра гелия-3 с энергией 820 кэВ и нейтрона с энергией 2,45 МэВ. Команда предполагает возможность применения устройства в качестве нейтронного генератора или, возможно, в микродвигателях для космической тяги. Команда из Политехнического института Ренсселера, возглавляемая Ярон Даноном и его аспирантом Джеффри Гейтером, усовершенствовала эксперименты UCLA, используя устройство с двумя пироэлектрическими кристаллами, способное работать при некриогенных температурах. Пироэлектрический синтез широко освещался в средствах массовой информации, которые не учли работы Дугара Джабона, Федоровича и Самсоненко. Нараньо из команды UCLA был одним из основных критиков этих более ранних заявлений о возможности термоядерного синтеза, сделанных Талеярханом.

2010 г. по настоящее время

Первые успешные результаты пироэлектрического синтеза с использованием тритиевой мишени были опубликованы в 2010 году. Путтерман и Наранхо совместно с Т. Венхаусом из Лос-Аламосской национальной лаборатории измерили нейтронный сигнал с энергией 14,1 МэВ, значительно превышающий фоновый уровень.