Учёные сделали важный шаг в области ядерной физики, представив новый компактный настольный реактор под названием Thunderbird Reactor. Его уникальность заключается в том, что он способен поместиться на стандартный лабораторный стол, его размеры составляют примерно 120×80×70 сантиметров. Такой мини-ускоритель представляет собой прорыв в создании более доступных и компактных устройств для исследований, связанных с ядерной реактивностью внутри твёрдых тел.
Основной принцип работы этого реактора основан на ускорении ионов дейтерия (D⁺) через плазменный источник, после чего они падают на палладиевую мишень, служащую одновременно катодом электрохимической ячейки. Важной особенностью устройства является сочетание физических и химических методов — физической бомбардировки металла и электрохимической загрузки дейтерия. Эта комбинация позволяет объединить две технологии в одном небольшом аппарате, что значительно расширяет возможности исследования взаимодействия дейтерия с металлическими носителями.
Работа установки происходит в вакуумной камере с высоким уровнем разрежения — около 10^(-5) торр, что обеспечивает оптимальные условия для ускорения ионов. При подаче напряжения — около -30 кВ — на мишень создаётся плазменная оболочка, разгоняющая ионы дейтерия до энергии примерно 30 keV (килоэлектронвольт). За счёт этого атомы дейтерия проникают в металл на глубину около 0,18 микрометра. Источник плазмы питается микроволновым генератором на частоте 2,45 ГГц, что обеспечивает стабильную работу установки и точность контроля за процессом.
Когда ионы достигают мишени, внутри вакуумной камеры фиксируется разносторонняя активность нейтронов, что свидетельствует о ядерных реакциях, происходящих внутри металла. Для этого используется сцинтилляционный детектор, расположенный на расстоянии 12 сантиметров от мишени. Важным аспектом является наличие системы подавления гамма-фона, которая позволяет различать нейтронные сигналы от фоновых радиационных воздействий. В ходе эксперимента наблюдался стабильный уровень нейтронной активности — порядка 130-140 нейтронов в секунду — что говорит о наличии ядерных процессов, вызванных взаимодействием дейтерия с палладием. Это подтверждается характерным энергетическим спектром нейтронов, соответствующим реакции D–D-синтеза, выделяющей нейтроны с энергией около 2,45 МэВ.
Эти результаты были подтверждены разносторонним анализом и моделированием, которые показали, что реакции происходят именно внутри металлической решётки палладия, а не в газовой или плазменной фазе. Этот факт важен, поскольку он подчеркивает ключевую роль — именно увеличение плотности дейтерия в металле управляет скоростью ядерных процессов. Исследование также подтвердило, что без электрохимической подкачки реакции не насыщаются, что указывает на главный фактор — повышение концентрации дейтерия внутри металла.
Несмотря на яркие результаты, важно отметить ещё один аспект — энергетический баланс. Затраты энергии на работу установки составляли около 15 Вт, а мощность, генерируемая нейтронным выходом, была порядка 10^(-9) Ватт. Это означает, что устройство пока работает в худших условиях — оно потребляет гораздо больше энергии, чем выделяет при ядерных реакциях. Для достижения энергетического паритета, то есть равенства входных и выходных энергий, потребуется пройти долгий путь усовершенствований и оптимизаций, включая улучшение плотности дейтерия в металле, повышение эффективности реакции и снижение энергетических затрат.
Научное значение этого исследования заключается в фундаментальном открытии: коллективная электрохимическая загрузка дейтерия внутри твёрдых тел может значительно влиять на вероятность ядерных реакций, даже при энергиях в миллионы раз выше — в мегэлектронвольтах. Таким образом, присутствие и распределение дейтерия в металле существенно влияет на скорость реакции D–D, что открывает новые горизонты для изучения взаимодействия ядерных процессов с физикой твёрдых тел в конденсированных средах.
Авторы проекта подчёркивают, что текущие результаты — это значимый шаг вперед, который пока что не предполагает производство энергии в достаточном объёме, чтобы сделать его практически применимым. Тем не менее, открытые экспериментальные подходы создают основу для дальнейших исследований, включая оптимизацию режимов загрузки дейтерия, совершенствование конструкций мишеней и расширение диагностики для выявления всех факторов, влияющих на улучшение эффективности реакции. Такой экспериментальный комплекс закладывает фундамент для новых исследований на стыке ядерной физики, материаловедения и физики конденсированного состояния. Эти усилия важно развивать, поскольку в перспективе они могут привести к принципиальному пониманию механизмов, повышающих вероятность ядерных реакций в твёрдых телах и, возможно, — к будущему этапу контроля и получения ядерной энергии с меньшим уровнем отходов и более безопасной технологией.
