Ядерный синтез — это процесс, который питает звезды. Он происходит, когда легкие ядра сливаются в более тяжелые, выделяя огромное количество энергии. На Земле для этого используют плазму, которую удерживают в магнитной ловушке — токамаке. Чтобы запустить синтез, нужно:

• нагреть плазму до 150 миллионов градусов (в 10 раз горячее, чем в ядре Солнца);
• обеспечить высокую плотность плазмы;
• удерживать энергию внутри системы, чтобы процесс шел сам по себе.

Но как измерить температуру плазмы, если она разрушит любой твердый датчик? Ответ — изучать излучение, которое она создает. Плазма испускает нейтроны и гамма-лучи, которые несут информацию о ее свойствах.

Нейтроны

При синтезе дейтерия и трития выделяются нейтроны. Их энергия зависит от температуры и состава плазмы. Но нейтроны сложно поймать: они почти не взаимодействуют с веществом. Для их измерения используют специальные детекторы, например, алмазные сенсоры или приборы, измеряющие время полета нейтронов.

Гамма-лучи

Плазма также испускает гамма-излучение, которое помогает изучать быстрые частицы внутри реактора. Эти частицы могут повредить стенки реактора, если их не контролировать. Гамма-лучи легче обнаружить, чем нейтроны, но их анализ тоже требует точных приборов.

Горящая плазма

Следующий шаг — создание «горящей плазмы», где синтез поддерживается сам по себе, без внешнего нагрева. Это цель проектов ITER (Европа), SPARC (США) и BEST (Китай). Миланские ученые разрабатывают новые детекторы для изучения этого режима и готовят молодых специалистов, которые будут работать с этими технологиями.

Ранее ученые рассказали о низкотемпературной плазме и ее перспективах.

Иллюстрация: нейросеть.