Компания Marathon Fusion утверждает, что может превратить ртуть в золото и при этом получить большое количество экологически чистой энергии в термоядерном реакторе.
Мечта алхимика
Превращение обычных металлов в золото — мечта алхимиков. Но возможно ли это? Физические принципы, необходимые для объяснения того, как один элемент превращается в другой, хорошо изучены и используются в течение десятилетий в ускорителях и коллайдерах, где сталкиваются субатомные частицы.
Наиболее заметный современный пример — Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, расположенном в Женеве. Однако затраты на получение золота таким способом огромны, а объёмы получаемого золота мизерны.
Например, эксперимент Alice в ЦЕРНе произвёл всего 29 пикограмм золота за четыре года работы. При таких темпах потребовались бы сотни раз больше времени существования Вселенной, чтобы получить тройскую унцию золота.
Новый подход
Калифорнийская компания Marathon Fusion предложила иной подход: использовать радиоактивность нейтронов в термоядерном реакторе для преобразования одной формы ртути в другую — ртуть-197. Затем она распадается до стабильной формы золота — золота-197.
Этот процесс заключается в том, что одна субатомная частица спонтанно превращается в две или более лёгкие частицы. Команда из Marathon Fusion подсчитала, что термоядерная электростанция может производить несколько тонн золота в год на гигаватт тепловой мощности.
Для этого требуется большой поток нейтронов (мера интенсивности нейтронного излучения), который можно создать, используя стандартную топливную смесь для термоядерных реакторов — дейтерий и тритий (обе формы водорода) для получения энергии в плазме термоядерного реактора.
Однако до реализации коммерческого термоядерного реактора предстоит преодолеть множество трудностей. Среди них — создание новых материалов для его строительства и понимание науки, необходимой как для непрерывной выработки энергии, так и для разработки систем искусственного интеллекта, которые могут помочь поддерживать реакцию термоядерного синтеза.
На бумаге возможно превратить золото из ртути в термоядерном реакторе. Однако до тех пор, пока не будут реализованы коммерческие термоядерные реакторы, предположения, используемые Marathon Fusion в исследованиях с помощью цифрового двойника, останутся непроверенными.
Более того, любое золото, полученное в термоядерном реакторе, изначально будет радиоактивным, а значит, будет классифицироваться как радиоактивные отходы и потребует управления в течение некоторого времени после производства.
Пока это остаётся привлекательным предложением на бумаге, но до начала новой калифорнийской золотой лихорадки ещё далеко.
Создание сложных магнитных текстур
Команда исследователей из Института Макса Борна и сотрудничающих учреждений разработала надёжный метод создания сложных магнитных текстур, известных как скирмионные мешки, в тонких ферромагнитных плёнках.
Магнитные скирмионы — это стабильные вихри намагниченности размером в нанометры с многообещающими приложениями в спинтронике и хранении данных. Их простейшие формы были тщательно изучены и имеют круговую форму, где спины вращаются на 180° от внешнего к внутреннему в тонкой магнитной плёнке.
В более сложных конфигурациях, таких как скирмиониум, спины вращаются на 360°, а спины в центре скирмиониума имеют ту же ориентацию, что и снаружи, что приводит к кольцевой структуре. Примечательно, что это кольцо затем можно снова заполнить скирмионами, что приведёт к образованию целевого скирмиона с одним скирмионом внутри кольца и скирмионных мешков с несколькими скирмионами внутри.
Хотя теория уже предсказала такие конфигурации более высокого порядка, их было трудно получить в реальных материалах контролируемым образом.
В новом исследовании, опубликованном в Advanced Materials, исследовательская группа демонстрирует, как наномасштабные модификации магнитных свойств материала, внесённые с помощью сфокусированных гелиево-ионных пучков, могут способствовать генерации этих более сложных текстур.
Эти локальные модификации анизотропии разработаны таким образом, что желаемые структуры могут быть сформированы избирательно с помощью одиночных сверхбыстрых лазерных импульсов. Полученные магнитные текстуры с характеристиками менее 100 нм были непосредственно визуализированы с помощью высокоразрешающего рентгеновского микроскопа, оснащённого специализированной лазерной системой, разработанной в Институте Макса Борна.
Исследователи демонстрируют генерацию различных скирмионных мешков, от пустого скирмиониума до мешков, заполненных четырьмя скирмионами. Они показали, что генерация скирмионных мешков, запускаемая одиночными лазерными импульсами, имеет значительно более высокий коэффициент успешности по сравнению с подходом, основанным исключительно на магнитном поле.
Повторяющаяся, последовательная генерация таких текстур является ключевой предпосылкой для изучения динамики скирмионов более высокого порядка в будущих экспериментах с временным разрешением. Эта работа предлагает практический путь для исследования и использования сложных состояний скирмионов в тонкоплёночных материалах, что является важным шагом на пути к будущим спинтроническим устройствам, использующим топологический контроль на наноуровне.