Электрохимический метод повысил скорость ядерного синтеза в компактном реакторе

Реактор Thunderbird — это изготовленный на заказ настольный ускоритель частиц и электрохимический реактор, созданный междисциплинарной командой Университета Британской Колумбии. Фото: University of British Columbia, Berlinguette Lab.

Исследователи из Университета Британской Колумбии (UBC) с помощью небольшого настольного реактора продемонстрировали, что электрохимическая загрузка твердой металлической мишени топливом на основе дейтерия может повысить скорость ядерного синтеза.

Крупномасштабный термоядерный синтез с магнитным удержанием плазмы, который требует экстремальных температур и давления, широко исследуется как метод получения чистой энергии. Эксперимент, опубликованный 20 августа в журнале 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 топливом с высокой концентрацией дейтерия — с одной стороны мишени, используя плазменное поле для загрузки топлива, а с другой — дополнительную электрохимическую ячейку.

«Цель — увеличить плотность топлива и вероятность столкновений дейтерий-дейтерий, а следовательно, и событий синтеза», — поясняет профессор Кёртис П. Берлингетти, автор-корреспондент статьи и выдающийся университетский ученый UBC.

«С помощью электрохимии 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 так, 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 с погружением в плазму и электрохимической загрузки. Эксперимент все еще потреблял больше энергии, чем производил.

«Мы надеемся, что эта работа поможет вывести науку о синтезе из гигантских национальных лабораторий на лабораторный стол», — добавляет профессор Берлингетти. — «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 — ту, которая приглашает сообщество повторять, совершенствовать и развивать в духе открытого и строгого поиска».

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

Реактор Thunderbird

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

Предыдущие эксперименты

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

В 1989 году исследователи заявили, что в ходе электролиза оксида дейтерия с использованием палладиевого катода генерируется аномальное тепло, приписав его ядерному синтезу ионов дейтерия. Результат не мог быть независимо подтвержден, и исследования холодного синтеза были фактически изгнаны из мейнстримной науки. Новый эксперимент не измерял тепло — он измерял жесткие ядерные сигнатуры, такие как нейтроны, которые являются прямым доказательством синтеза.

Последняя работа профессора Берлингетти и его команды основывается на их работе с предыдущей многопрофильной «группой коллег», которая была созвана и профинансирована Google в 2015 году для переоценки холодного синтеза. Группа обнародовала свои усилия в 2019 году через статью-перспективу в Nature под названием «Возвращение к „холодному делу“ холодного синтеза». Они не нашли доказательств, подтверждающих заявления о холодном синтезе, но выявили несколько направлений для дальнейшего изучения.

UBC смог продолжить проект и сделать это открытие при поддержке Фонда Thistledown.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Британской Колумбии.

Kuo-Yi Chen, Jannis Maiwald, Phil A. Schauer, Sergey Issinski, Fatima H. Garcia, Ryan Oldford, Luca Egoriti, Shota Higashino, Aref E. Vakili, Yunzhou Wen, Joseph Z. X. Koh, Thomas Schenkel, Monika Stolar, Amanda K. Brown, Curtis P. Berlinguette. Electrochemical loading enhances deuterium fusion rates in a metal target. Nature, 2025; 644 (8077): 640 DOI: 10.1038/s41586-025-09042-7