У Ліверморській Національній лабораторії імені Лоуренса (США) під час експериментів з інерціальним термоядерним синтезом було виявлено аномальну поведінку іонів в плазмі, що не узгоджується з теоретичними прогнозами. Результати дослідження, проведені на установці National Ignition Facility (NIF), опубліковані в журналі Nature Physics.

У NIF запуск термоядерних реакцій проводиться за допомогою лазерів, які нагрівають так звані хольрауми — невеликі золоті циліндри, всередині яких знаходиться капсула з термоядерним паливом, сумішшю тритію і дейтерію. Лазери опромінюють внутрішню стінку циліндра, яка генерує теплове рентгенівське випромінювання, що викликає вибух капсули. Дейтерієво-тритієве паливо стискається до тиску в сотні гігабар, що створює в його центрі гарячу точку з температурою близько 10 мільйонів кельвінів. Термоядерні реакції синтезу виробляють альфа-частинки, енергія яких здатна нагріти все інше паливо.

Альфа-нагрів призводить до збільшення реактивності палива, оскільки підвищується середня кінетична енергія іонів в що утворюється при вибуху капсули плазмі. Передбачається, що температуру іонів, пов’язану з їх кінетичною енергією, можна визначити по вимірюванню спектрів енергії нейтронів, що виникають в реакції синтезу. Такі спектри повинні містити інформацію про властивості нагрітої плазми. Наприклад, зрушення середньої енергії нейтронів від номінального значення в 14 мегаелектронвольт пов’язані з температурою іонів, середньою кінетичною енергією іонів і швидкістю плазми.

В ході чергового експерименту вчені отримали спектри нейтронів за допомогою часопролітних спектрометрів, які дозволяють отримати інформацію про енергію частинки в залежності від часу її прольоту певної відстані (близько 20 метрів) через середовище. Температура іонів визначалася по розкиду (дисперсії) спектра кінетичної енергії нейтронів, а середня кінетична енергія іонів — по зсуву середньої енергії нейтронів.

Для плазми з тепловими іонами, в якій не відбувається термоядерного нагріву, розподіл їх енергії відповідало максвеллівському

. Однак для палаючої плазми було виявлено відхилення від очікуваного розподілу Максвелла-іони мали вищу енергію при даній температурі, ніж передбачала теорія, що дорівнює приблизно або вище 10 кілоелектронвольт.

Існують декілька можливих пояснень цієї аномалії: невраховані кінетичні ефекти, вплив гідродинаміки плазми на спектри нейтронів, а також характеристики горіння, які не дають правильно інтерпретувати властивості плазми по спектрах нейтронів.Gorenje. За словами авторів, потрібні подальші дослідження, щоб точно визначити причини відхилень, які можуть вплинути на отримання термоядерної енергії.