Основною перешкодою для використання енергії через ядерний синтез є джерело пального.
Більшість запропонованих реакторів синтезу (донаподібні реактори токамак) працюють на злитті тритію та дейтерію.
Обидва є ізотопами водню, але тритій є радіоактивним, а дейтерій — стабільним.
Реакція злиття між цими двома ізотопами виробляє один ядро гелію, вільний нейтрон і 17,6 мегаелектронвольт. Ця комбінація має дуже високу швидкість реакції та високу енергетичну віддачу.
На жаль, тритій практично не існує на Землі.
Єдине місце, де він природно зустрічається, — це атмосфера, де він утворюється внаслідок взаємодії з космічними променями. Навіть тоді він зустрічається лише в слідових кількостях.
Однак, якщо вчені зможуть знайти ефективний спосіб "виробляти" тритій, це може стати більш життєздатним джерелом енергії.
Тепер, вперше, квантові суперкомп'ютери були використані для виявлення дев'яти конфігурацій матеріалу, що використовується для виробництва тритію — останні докази того, що ці високотехнологічні симуляції можуть допомогти фізикам подолати одну з найбільших перешкод для синтезу.
Прихильники енергії синтезу стверджують, що це "чисте" джерело енергії, оскільки воно не викидає парникові гази, як викопні пального, і виробляє значно менше радіоактивних відходів, ніж його більш суперечливий аналог, ядерний поділ.
Але поки що синтез зазнає труднощів у впровадженні, оскільки технологічні бар'єри обмежують його лише лабораторними умовами.
Лише наприкінці 2022 року вчені в Національній лабораторії Лоуренса Лівермора в США досягли "переломного моменту" для синтезу, що означає, що більше енергії було вироблено в реакції синтезу, ніж потрібно для її запуску.
Нещодавно також були встановлені нові рекорди в підтримці гарячої плазми: 1337 секунд.
Але якщо синтез має реальне майбутнє, вчені повинні вирішити проблему тритію.
Дослідники з Клівлендської клініки, Національної лабораторії Оук-Рідж, дослідницького центру IBM Т. Дж. Уотсона та Університету штату Мічиган тепер звернулися до суперкомп'ютерів.
Вони використовують квантову суперкомп'ютерну техніку, яку Клівлендська клініка використовує для моделювання конфігурацій білків.
Ці потужні комп'ютери виявили дев'ять різних молекулярних конфігурацій речовини, званої FLiBe, розплавленою сіллю, що складається з фториду літію та фториду берилію.
FLiBe є зірковим кандидатом для виробництва тритію: всередині реактора синтезу він забезпечує "покривну оболонку", де тритій утворюється при екстремально високих температурах.
Досі дослідження більше стосується того, чи можуть квантові комп'ютери насправді бути надійними для вирішення цієї проблеми. Результати обнадійливі, але це не означає, що дослідники вже розв'язали проблему виробництва тритію.
Досі суперкомп'ютери лише проводять симуляції. Їх ще потрібно протестувати в лабораторії.
Але цей процес дозволив дослідникам краще зрозуміти електронну структуру FLiBe, атомну поведінку та міцність молекулярного зв'язку в тритії, який може виникнути з кожної конфігурації.
Це означає, що вчені з синтезу можуть використовувати цей робочий процес для виявлення конфігурацій, які варто досліджувати, перш ніж тестувати їх у реальному житті, що дозволяє уникнути витрат часу на складні та дорогі експерименти, які не ведуть до результатів.
Цікавий факт
Ядерний синтез вважається одним з найбільш перспективних джерел енергії майбутнього, оскільки він може забезпечити практично безмежну енергію з мінімальними відходами.