Учёные повысили скорость ядерного синтеза при комнатной температуре с помощью электрохимии

Реактор Thunderbird — это созданный на заказ настольный ускоритель частиц и электрохимический реактор, построенный междисциплинарной командой в Университете Британской Колумбии. Автор: University of British Columbia, Berlinguette Lab.

Используя небольшой настольный реактор, исследователи из Университета Британской Колумбии (UBC) продемонстрировали, что электрохимическая загрузка твёрдой металлической мишени топливом на основе дейтерия может повысить скорость ядерного синтеза.

Крупномасштабный синтез с магнитным удержанием — который подвергает плазму экстремальным температурам и давлению — широко исследуется как метод получения чистой энергии. Эксперимент, опубликованный в Nature, использует совершенно другой подход — с более доступным реактором, работающим при комнатной температуре, для изучения влияния электрохимической загрузки на скорость реакций ядерного синтеза.

Команда загрузила металлическую мишень из палладия высокими концентрациями дейтериевого топлива: с одной стороны мишени топливо загружалось с помощью плазменного поля, а с другой — с помощью дополнительной электрохимической ячейки.

«Цель — увеличить плотность топлива и вероятность столкновений дейтерий-дейтерий, и, как следствие, событий синтеза», — поясняет профессор Кёртис П. Берлингетт, автор-корреспондент статьи и выдающийся учёный университета UBC.

«Используя электрохимию, мы загрузили гораздо больше дейтерия в металл — как будто вжимали топливо в губку. Один вольт электричества достиг того, что обычно требует давления в 800 атмосфер. Хотя мы не достигли чистого прироста энергии, этот подход повысил скорость синтеза таким образом, что другие исследователи смогут воспроизвести и развить его».

Электрохимическая загрузка дейтерия в палладиевую мишень увеличила скорость синтеза дейтерий-дейтерий в среднем на 15% по сравнению с загрузкой мишени только с помощью плазменного поля.

Хотя прирост производительности скромный, это первая демонстрация ядерного синтеза дейтерий-дейтерий с использованием этих методов — имплантации ионов погружением в плазму и электрохимической загрузки. Эксперимент по-прежнему потреблял больше энергии, чем производил.

«Мы надеемся, что эта работа поможет вывести науку о синтезе из гигантских национальных лабораторий на лабораторный стол», — добавляет профессор Берлингетт.

«Наш подход объединяет ядерный синтез, материаловедение и электрохимию, создавая платформу, на которой можно систематически настраивать как методы загрузки топлива, так и материалы мишеней. Мы рассматриваем это как отправную точку — такую, которая приглашает сообщество повторять, совершенствовать и развивать её в духе открытого и строгого поиска».

Ядерный синтез — энергия, высвобождаемая при объединении атомных ядер, как это происходит на Солнце — мощнее деления (расщепления ядер) и создаёт менее опасные радиоактивные отходы.

Реактор сочетает плазменный ускоритель, вакуумную камеру и электрохимическую ячейку, предназначенные для повышения скорости синтеза при более низких температурах. Автор: University of British Columbia, Berlinguette Lab

Реактор Thunderbird

Реактор Thunderbird — это созданный на заказ настольный ускоритель частиц, предназначенный для электрохимического повышения скорости ядерного синтеза дейтерий-дейтерий. Три основных компонента реактора — это плазменный ускоритель, вакуумная камера и электрохимическая ячейка.

Первая демонстрация ядерного синтеза дейтерий-дейтерий датируется 1934 годом, когда исследователи бомбардировали мишень из твёрдого металла, покрытую дейтерированным материалом, высокоэнергетическими ионами дейтерия.

В 1989 году исследователи заявили, что во время электролиза оксида дейтерия с использованием палладиевого катода генерируется аномальное тепло — приписав тепло ядерному синтезу ионов дейтерия.

Результат не мог быть независимо подтверждён, и исследования холодного синтеза были фактически изгнаны из мейнстримной науки. Новый эксперимент не измерял тепло — он измерял жёсткие ядерные сигнатуры, такие как нейтроны, которые являются прямым доказательством синтеза.

Последняя работа профессора Берлингетта и его команды основывается на их работе с предыдущей межучрежденческой «группой коллег», которая была созвана Google в 2015 году для переоценки холодного синтеза.

Группа обнародовала свои усилия через статью-перспективу в Nature в 2019 году под названием «Возвращаясь к холодному делу холодного синтеза». Они не нашли доказательств, подтверждающих заявления о холодном синтезе, но определили несколько направлений исследований, которые заслуживают дальнейшего изучения.

Больше информации: Electrochemical loading enhances deuterium fusion rates in a metal target, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09042-7

Источник: University of British Columbia