Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Института сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук изучили характеристики излучения «убегающих» электронов, образующихся при термоядерном синтезе.

Исследователи определили спектрально-угловые характеристики излучения электронов в различных излучателях и разработали метод их надежной идентификации. Результаты, достижения опубликованы в журнале JETP Letters..

Многие международные научные коллективы занимаются разработкой термоядерных источников энергии. Для этого планируется использовать специальный реактор синтеза ядер изотопов водорода (токамак).

Это большая камера, в которой плазма нагревается циркулирующим током до температур до сотен миллионов градусов. Это приводит к реакции синтеза, и ее продукты уносят энергию, которая затем преобразуется в электричество.

Другой подход к использованию лазерной техники исследуется. Речь идет о получении термоядерной реакции путем синхронизации потоков нескольких десятков лазеров в точке, где находится капсула с термоядерным «горючим».

Однако существуют проблемы с созданием эффективных термоядерных установок, считает Александр Потылицын, профессор Научно-исследовательской школы физики процессов высоких энергий ТПУ.

«Все эти подходы основывались на известном теоретическом выводе о том, что продуктами термоядерной реакции в основном являются нейтроны и альфа-частицы, которые взаимодействуют с передней стенкой реактора. Тем не менее, оказалось, что есть и электроны с очень высокой энергией. Они могут нести дополнительную радиационную нагрузку на стену, что приведет к ее преждевременному разрушению. Такие электроны, получившие название «убегающие», сейчас интенсивно исследуются », - рассказал он Sputnik.

Ученые проводили эксперименты с «убегающими» электронами, в основном на модельных установках, которые должны генерировать электроны примерно той же энергии, что и в процессе термоядерной реакции.

Исследователи из Института сильноточной электроники провели серию аналогичных экспериментов с потоками электронов сильноточных ускорителей. Однако энергии этих установок не хватило для полномасштабных исследований, поэтому они решили продолжить эксперименты на ускорителе в Томском политехническом университете.

«Сейчас мы изучаем характеристики оптического излучения электронов на микротроне ТПУ, в котором электроны ускоряются до энергии [level] 3-6 МэВ. Это как раз то, что нам нужно. Наши коллеги из Италии и Китая в основном сосредотачиваются на сильноточных источниках электронов, в которых энергия не превышает 1 МэВ. В 2019 году мы провели первые эксперименты с электронами при энергии [level] 6 МэВ », - говорит Александр Потылицын.

В настоящее время исследователи проводят эксперименты с электронами на уровне энергии 3 МэВ, сначала используя кварцевые, полиметилметакрилатные и сапфировые радиаторы. Для обнаружения электронов ученые предлагают использовать методы регистрации черенковского излучения, вызванного этими электронами, когда они проходят через прозрачную среду со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в ней.

Авторы исследования первыми разработали эффективный метод отделения черенковского излучения электронов от изотропного фонового излучения. Планируется выбрать оптимальные характеристики излучателя и его геометрию для регистрации черенковского излучения убегающих электронов, а также определить коммерчески эффективный материал излучателя, его радиационную стойкость, оптические характеристики, технологичность и многое другое.

В результате ученые разработают рекомендации по созданию эффективных детекторов для планируемых и действующих термоядерных реакторов.
Источник