Учёные из Университета Британской Колумбии представили революционное решение в области ядерных технологий — компактный настольный реактор Thunderbird Reactor. Этот инновационный прибор, размером примерно 120 × 80 × 70 сантиметров, способен поместиться на стандартном лабораторном столе и одновременно демонстрировать важные экспериментальные достижения в области ядерной физики и электрохимии. Идея создания столь компактных установок обусловлена стремлением ученых приблизить сложные ядерные процессы к более доступным и масштабируемым форматам, что может открыть новые горизонты в исследованиях и практическом использовании ядерных реакций.
На этом реакторе реализована уникальная комбинация двух технологий: физической бомбардировки металлов насыщенными ионами дейтерия и электрохимической загрузки этого же дейтерия в металлическую решётку палладия. В основе работы установки лежит использование плазменного источника, который с помощью микроволнового генератора на частоте 2,45 ГГц формирует плазменную оболочку. Под действием напряжения в −30 кВ ионизированные дейтериевые атомы ускоряются до энергии порядка 30 кэВ и внедряются в поверхность палладиевой мишени. Проникновение дейтерия внутрь металла достигает примерно 0,18 микрометра, что существенно для условий ядерных экспериментов, поскольку именно в этих глубинах и происходят реакции с участием дейтерия.
Работа установки осуществляется в вакуумной камере с давлением порядка 10^−5 торр, что минимизирует влияние посторонних факторов и обеспечивает стабильность условий эксперимента. Важной составляющей является контроль нейтронной активности, для которой использовался сцинтилляционный детектор, расположенный всего в 12 сантиметрах от мишени. Этот детектор фиксировал характерные энергетические спектры нейтронов, такие как 2,45 МэВ — признак протекания реакции D-D синтеза, которая является основной ядерной реакцией в данном эксперименте. В режиме нагрева уровень нейтронов составлял около 0,21 нейтрона в секунду, а при работе в активном режиме уровень повышался до 130-140 нейтронов — этой разницы достаточно для уверенного подтверждения ядерных реакций.
Что особенно важно, эксперимент подтвердил, что реакции происходят внутри металлической решетки палладия, а не в газовой или плазменной фазе. Это свидетельство того, что именно увеличенная концентрация дейтерия внутри металла значительно влияет на вероятность и скорость ядерных событий. Исследования показали, что насыщение эффекта достигается при определённой электрохимической подаче, что подтверждает роль плотности дейтерия в управлении ядерными реакциями.
Несмотря на значительный прогресс, в настоящее время энергетический баланс ещё далеко от уровня коммерческой целесообразности. Весь эксперимент потреблял около 15 ватт электроэнергии, в то время как мощность, выделяемая нейтронами, составляла лишь порядка 10^−9 ватт, что миллионы раз меньше затраченного. Таким образом, текущие установки не способны генерировать энергию, превышающую затраченную, и требуют дальнейших глубоких усовершенствований для достижения энергетического паритета. Этот факт подчёркивает, что основные достижения пока что касаются фундаментальных аспектов, а не практического получения энергии.
Главным результатом работы является подтверждение гипотезы о том, что коллективная электрохимическая загрузка дейтерия на уровне электронвольт значительно влияет на вероятность ядерных реакций внутри металла. Это свидетельство важности распределения и плотности дейтерия внутри твёрдого тела для роста скорости процессов с энергиями в миллионы раз выше, что значительно расширяет понимание ядерных взаимодействий в конденсированных средах. Другими словами, наличие и распределение дейтерия внутри металла могут управлять ядерными реакциями без необходимости экстремальных условий.
Авторы проекта подчёркивают, что, несмотря на то, что реактор ещё не может использоваться для промышленной выработки энергии, он создает новую экспериментальную платформу для углублённого исследования физических механизмов. В перспективе планируется оптимизация режима загрузки дейтерия, разработка новых типов мишеней и расширение диагностической аппаратуры для более точного определения условий, при которых можно повысить эффективность реакций. Эти мероприятия могут привести к обнаружению новых эффектов и ограничений, а также к развитию более устойчивых и мощных реакторов будущего.
Итоговая ценность этого исследования заключается не только в демонстрации достижения новых междисциплинарных связей между ядерной физикой, физикой твёрдых тел и электрохимией, но и в поддержании долгосрочной перспективы разработки безбатарейных источников энергии, основанных на управляемых ядерных реакциях в металлах. Это существенный вклад в фундаментальные науки, который может стать основой для дальнейших революционных технологий в области ядерной энергетики и материалознания. Время покажет, сможет ли эта инновационная методика обрести практическое применение, однако уже сегодня она расширяет границы наших представлений о возможностях взаимодействия ядерных процессов и материальной структуры веществ.
