Термоядерные реакторы могут стать источником частиц тёмной материи вне плазмы — JHEP

Термоядерный реактор может неожиданно стать источником частиц тёмной материи — к такому выводу пришли физики, проанализировав процессы, происходящие вокруг плазмы. Исследование показывает, что потенциальные кандидаты на роль тёмной материи могут возникать не в самой зоне реакции, а в конструктивных элементах установки. Речь идёт о частицах "тёмного сектора", в том числе об аксионах, которые давно интересуют учёных.

Фото: Wikimedia by LLNL, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/ Термоядерный реактор Что именно происходит внутри термоядерной установки

В центре внимания исследователей оказались реакторы на основе реакции дейтерий-тритий — именно этот тип сегодня считается наиболее перспективным для промышленной термоядерной энергетики. При слиянии ядер образуется мощный поток высокоэнергетических нейтронов, которые покидают плазму и устремляются к стенкам реактора.

Эти нейтроны не просто теряют энергию. Они активно взаимодействуют с окружающими материалами, прежде всего с так называемым "размножающим одеялом" — массивным слоем, окружающим камеру реактора. В большинстве проектов оно содержит литий и выполняет сразу несколько функций, включая тепловую и топливную.

Роль литиевого одеяла и побочные эффекты

Основная задача литиевого слоя — улавливать нейтроны и превращать их энергию в тепло, которое затем используется для выработки электроэнергии. Дополнительно литий участвует в воспроизводстве трития: при захвате нейтронов образуются ядра гелия и тритий, который возвращается в топливный цикл.

Однако, как показали расчёты группы под руководством физика Юре Зупана из Университета Цинциннати, именно в этих ядерных столкновениях может скрываться неожиданный эффект. При взаимодействии нейтронов с ядрами лития и материалами стенок теоретически возможно рождение экзотических частиц, слабо взаимодействующих с обычным веществом.

Почему речь идёт именно об аксионах

Аксионы — одни из главных кандидатов на роль тёмной материи. Эти гипотетические частицы крайне трудно зафиксировать, поскольку они почти не вступают во взаимодействие с привычными частицами. Большинство экспериментов по их поиску связано с астрофизикой или подземными детекторами.

В новом подходе внимание смещается к земным установкам. По расчётам исследователей, поток аксионоподобных частиц, возникающих при столкновениях нейтронов с материалами реактора, может быть значительно выше, чем если бы они рождались непосредственно в плазме. Более того, часть таких частиц теоретически способна покидать пределы реактора, что делает их потенциально доступными для регистрации.

Чем этот подход отличается от прежних идей

Ранее термоядерные установки рассматривались исключительно как источник энергии или как испытательный полигон для материалов. Новая работа предлагает взглянуть на них ещё и как на лабораторию фундаментальной физики.

В отличие от ускорителей частиц, термоядерный реактор создаёт устойчивый и длительный поток нейтронов. Это открывает возможность для непрерывного образования редких частиц без необходимости экстремальных энергий, характерных для коллайдеров.

Возможные последствия для науки

Если расчёты подтвердятся экспериментально, термоядерные реакторы могут стать новым инструментом в поиске тёмной материи. Это особенно важно на фоне того, что многие крупные эксперименты по её обнаружению пока не дали однозначных результатов.

При этом речь не идёт о перестройке самих установок. Детекторы для улавливания аксионоподобных частиц можно разместить вне реактора, не вмешиваясь в его работу. Такой подход снижает стоимость и риски экспериментов.

Сравнение подходов к поиску тёмной материи

Традиционные методы поиска тёмной материи основаны на астрофизических наблюдениях, подземных детекторах и экспериментах на ускорителях. Каждый из них имеет свои ограничения, связанные с уровнем фона, редкостью событий и сложностью интерпретации данных.

Использование термоядерных реакторов предлагает иной путь. Здесь источник частиц хорошо контролируем, а параметры среды известны заранее. Это не заменяет существующие методы, но может стать важным дополнением, расширяющим экспериментальный инструментарий физиков.

Популярные вопросы о тёмной материи и термоядерных реакторах

Можно ли обнаружить тёмную материю напрямую в реакторе?

На данный момент речь идёт о косвенном обнаружении через специальные детекторы, размещённые вне реактора.

Опасны ли такие частицы для человека и оборудования?

Аксионы и подобные им частицы крайне слабо взаимодействуют с веществом и не представляют угрозы.

Когда можно ожидать практических экспериментов?

Это зависит от развития термоядерных проектов и интереса научного сообщества, но первые тесты возможны в среднесрочной перспективе.

наука техника

Правда.Ру