Реакторы строили ради энергии, но получили другое: побочный эффект меняет физику

Термоядерные реакторы, которые человечество строит ради чистой энергии, могут неожиданно оказаться полезными для фундаментальной физики. Новая научная работа предполагает, что такие установки способны непреднамеренно порождать частицы, связанные с тёмной материей. Самое любопытное — этот процесс может происходить не в раскалённой плазме, а в конструкциях, окружающих реактор. Об этом сообщает издание Journal of High Energy Physics (JHEP).

Неожиданная роль стен термоядерных установок

Исследование, опубликованное в Journal of High Energy Physics, предлагает пересмотреть привычное представление о работе термоядерных реакторов. Согласно расчётам авторов, металлические стенки установки могут становиться ареной редких ядерных процессов. Во время синтеза возникают потоки быстрых нейтронов, которые не удерживаются магнитными полями и неизбежно сталкиваются с материалами оболочки, чаще всего содержащими литий и сталь.

Эти столкновения возбуждают атомные ядра, заставляя их сбрасывать избыточную энергию в необычной форме.

"Нейтроны взаимодействуют с материалом стенок", — объясняет профессор Юре Жупан.

Аксионы и поиски скрытой материи

Речь идёт об аксионах — гипотетических частицах, которые считаются одними из главных кандидатов на роль тёмной материи. По современным оценкам, именно она составляет более 84 % всей массы Вселенной, однако напрямую остаётся невидимой. Интерес к таким частицам растёт на фоне более широких попыток понять скрытую структуру космоса, включая исследования, где поиск внеземной жизни сместился к анализу слабых сигналов и косвенных следов редких процессов.

До сих пор эксперименты по поиску аксионов опирались на редкие сценарии их превращения в фотоны или электроны. Несмотря на годы наблюдений и сложные установки, надёжных подтверждений получено не было. Новая теория предлагает иной путь: использовать уже строящиеся энергетические объекты как потенциальные источники этих частиц.

Нейтроны как скрытые триггеры

Ключевым элементом гипотезы становится нейтронная бомбардировка. В процессе синтеза нейтроны вылетают из плазмы и передают энергию оболочке реактора. Часть этих взаимодействий связана с размножением трития, когда литий захватывает нейтрон. Однако, как считают авторы, побочные эффекты могут быть не менее важны.

Возбуждённые ядра способны испускать аксионы, а нейтроны, которые не были захвачены, замедляются и теряют энергию через тормозное излучение. Это создаёт дополнительный канал рождения лёгких частиц. В итоге материалы, которые раньше считались пассивными элементами конструкции, превращаются в активных участников субатомных процессов, что перекликается с более общими вопросами о том, почему атмосферный состав Земли признан исключением, а не нормой в космическом масштабе.

Как проверить гипотезу на практике

Авторы предлагают относительно простой экспериментальный подход. Рядом с реактором можно разместить резервуар с тяжёлой водой. Если аксион взаимодействует с ядром дейтерия, оно распадается на протон и нейтрон, оставляя характерный сигнал. Такой эффект отличается от фоновых процессов, включая влияние солнечных нейтрино.

Для повышения точности предлагается сравнивать данные при работающем и остановленном реакторе. Учёные признают, что пока не хватает подробных данных о ядерных реакциях в материалах термоядерных установок, однако сама методика выглядит реализуемой без вмешательства в основную работу реактора.

В случае подтверждения гипотезы крупные проекты, включая ITER во Франции, смогут стать не только источниками энергии, но и лабораториями по изучению фундаментального устройства Вселенной. Это позволит приблизиться к разгадке природы тёмной материи, используя уже существующую инфраструктуру.