Учёные представили компактный настольный ускоритель — Thunderbird Reactor, который помещается на стандартный лабораторный стол размером примерно 120 × 80 × 70 сантиметров. В этом реакторе поток ионов дейтерия (D+) ускоряется через плазменный источник и обстреливает палладиевую мишень, выполняющую также функцию катода электрохимической ячейки. Центральная часть эксперимента — сочетание физической бомбардировки металла и электрохимической загрузки дейтерием: обе технологии взаимодействуют на уровне одного компактного аппарата.

Установка работает в вакуумной камере с давлением в вакууме около 10-5 торр, при подаче напряжения −30 киловольт на мишень образуется плазменная оболочка, которая разгоняет ионы дейтерия до 30 тысяч электронвольт (кэВ). За это время атомы дейтерия проникают внутрь металла на глубину около 0,18 микрометра. Питание плазменного источника обеспечивается микроволновым генератором на частоте 2,45 гигагерца.

Фото: University of British Columbia, Berlinguette Lab

Нейтронную активность в эксперименте фиксировали с помощью сцинтилляционного детектора, установленного в 12 сантиметрах от мишени. Система подавления гамма-фона обеспечивала точность: фиксировался энергетический спектр, соответствующий нейтронам с энергией 2,45 мегаэлектронвольт — это характерный признак ядерной реакции D–D-синтеза. В режиме нагрева уровень фоновой нейтронной активности в комнате составлял примерно 0,21 нейтрона в секунду, после выхода на рабочий режим измеряли устойчивый уровень порядка 130–140 нейтронов в секунду.

Детальные контрольные измерения и моделирование подтвердили, что реакции происходят внутри металлической решётки палладия, а не в газовой или плазменной фазе. Наблюдение насыщения эффекта при отсутствии электрохимической подкачки дополнительно указывает: именно увеличение плотности дейтерия в металле управляет скоростью ядерных процессов.

Отдельно подчёркивается вопрос энергетического баланса: на всю установку подавалось около 15 ватт, а генерируемая с помощью обнаруженного нейтронного выхода мощность составляла лишь порядка 10-9 ватт. Это значит, что установка пока что производит энергии несопоставимо меньше, чем затрачивает — для выхода хотя бы на энергетический паритет (равенство между затраченным электричеством и выделенной энергией синтеза) требуются радикальные дальнейшие усовершенствования.

Ключевое значение работы — в фундаментальном эффекте: коллективная электрохимическая загрузка дейтерия на энергетическом уровне электронвольт способна заметно влиять на вероятность ядерных событий с энергиями в миллионы раз выше (мегаэлектронвольты), то есть присутствие и распределение дейтерия в металле существенно влияет на скорость D–D-реакций. Это новый шаг в изучении связи между физикой твёрдых тел и ядерными процессами в конденсированных средах.

Авторы подчёркивают: полученные результаты пока что не приближают к практическому получению энергии, но открывают новые экспериментальные пути. В дальнейшем внимание будет уделено оптимизации режима загрузки, совершенствованию мишеней и расширению диагностики, чтобы обнаружить механизмы роста эффективности и выявить физические ограничения эффекта. Работа закладывает экспериментальную базу для новых исследований на стыке ядерной физики и физики конденсированного состояния.

Подробнее на iXBT