Исследование, проведенное специалистами из Оборонного научно-технического университета НОАК и Китайской академии инженерной физики демонстрирует, что внешнее лазерное поле способно изменять относительную энергию сталкивающихся ядер. При этом оно выступает как вспомогательный механизм, дополняющий традиционный тепловой нагрев, а не заменяющий его. В рамках этой модели ядра поглощают и излучают множество фотонов в процессе столкновения, что расширяет распределение эффективной энергии и повышает вероятность преодоления электростатического, или кулоновского барьера.

Неожиданным результатом стало то, что низкочастотные лазеры (например, ближнего инфракрасного диапазона) оказались теоретически более эффективными для усиления синтеза, чем высокочастотные (такие как рентгеновские лазеры на свободных электронах). Хотя отдельный рентгеновский фотон обладает большей энергией, низкочастотные поля допускают многофотонные процессы, которые сильнее влияют на туннелирование, пишет EurekAlert.

В качестве примера исследователи рассчитали эффект для реакции синтеза дейтерия и трития. При энергии столкновения всего 1 кэВ (когда вероятность слияния ничтожна) воздействие лазера с интенсивностью 10²⁰ Вт/см² может увеличить вероятность реакции в 1000 раз. При повышении интенсивности до 5×10²¹ Вт/см² усиление достигает миллиарда раз.

Эффективное сечение реакции — величина, показывающая вероятность взаимодействия элементарной частицы с атомным ядром — при 1 кэВ с лазером становится сравнимым с сечением при 10 кэВ без лазера, что сокращает требуемый температурный порог.

Хотя работа носит теоретический характер и рассматривает идеализированную систему двух ядер, она закладывает фундамент для анализа лазер-усиленного синтеза в широком диапазоне частот и интенсивностей. Полученные результаты указывают на возможный путь смягчения экстремальных температурных требований к управляемому термоядерному синтезу.

В дальнейших исследованиях ученые планируют учесть коллективные эффекты в плазме, взаимодействие лазера с плазмой и процессы диссипации энергии.

Два ведущих мировых научно-исследовательских учреждения объединили свой опыт для успешного перехода от экспериментальной стадии к промышленному применению инерциального термоядерного синтеза с лазерным ускорителем. В рамках проекта ICONIC-FL специалисты из США и Германии займутся разработкой высокоэнергетических лазеров, способных запускать термоядерную реакцию в режиме круглосуточной работы электростанции.