Японські фізики повідомили про перший вимір залежності показника несення дейтерій-тритієвої суміші в твердій і рідкій фазі від температури. Дослідження дозволило уточнити існуючі емпіричні закономірності, що може бути використано для швидкого контролю якості палива для керованого термоядерного синтезу. Робота опублікована в.
Реакція перетворення дейтерію і тритію на гелій і високоенергетичний нейтрон має великий ефективний переріз і тому вважається найбільш перспективною для реалізації керованого термоядерного синтезу. Фізики використовують або планують використовувати дейтерій-тритієве паливо, як у магнітному (JET, ITER, DEMO), так і в інерційному термоядерному синтезі (NIF, KOYO-F, LIFT). У всіх випадках паливо повинно подаватися безперервно - отже, потрібні методи швидкого контролю якості.
Світло виглядає найкращим інструментом для цього. Так, простий вимір показника ламання твердої дейтерій-тритієвої суміші могло б моментально давати інформацію про відношення обох ізотопів, оскільки їх оптичні властивості окремо відчутно різні. У всякому разі, такі висновки можна робити на основі аналогічного дослідження воднево-дейтерієвої суміші. За дейтерій-тритієвими сумішами таких досліджень немає. В даний час існує лише емпірична формула, чиї параметри, однак, відомі лише дуже грубо, і їх точностей недостатньо для рефрактометричного аналізу палива, що надходить.
Японські фізики під керівництвом Такаесі Норімацу (Takayoshi Norimatsu) і Кохей Яманой (Kohei Yamanoi) з Університету Осаки повідомили про вимірювання показника заломлення твердої і рідкої дейтерій-тритієвої суміші для діапазону температур. Для цього вони поміщали рефрактометр у кріогенні умови і заповнювали його призму сумішшю. В результаті вони домоглися точності вимірювання показника заломлення в четвертому знаку після коми.
Для роботи з молекулярними ізотопами водню автори використовували шар сплаву цирконію і нікелю. При подачі газу, водень зв'язується з металами з утворенням гідридів. Термічна обробка шару вивільняє атомний водень, який потім об'єднується в молекули. Таким способом фізики змогли створювати майже еквімолярні дейтерій-тритієві суміші, а також забезпечувати надходження газів безпосередньо в робочу область рефрактометра.
Рефрактометр складався зі скляних вікон, які оточували кювету у вигляді призми з заломлюючим кутом 9,43 градуса. Вся система була оточена двома термоізолюючими екранами і системою охолодження, яка дозволяла незалежно контролювати температуру у верхній і нижній частинах призми, а випромінювання лазера з довжиною хвилі 543 підводилося і відводилося через кварцові скла. Автори робили висновки про показник заломлення речовини, що заповнює кювету, зі зміщення променя на двох екранах за межами установки.
Спочатку фізики відкалібрували рефрактометр за допомогою серії експериментів зі звичайним воднем, чиї оптичні властивості вже були вивчені раніше, а потім виміряли показники переломлення чистого дейтерію і дейтерій-тритієвої суміші в рідкій і твердій фазі. Для цього вони налаштовували температуру трохи вище відповідних потрійних точок, а потім повільно її знижували.
У результаті вчені з'ясували, що показник ламання твердої дейтерій-тритієвої суміші в пропорції 54:45 збільшується зі зменшенням температури від 1,1618 ^ 0.0002 при 19,404 кельвін до 1,1628 ^ 0.0002 при 17,89 кельвін. Подібно поводиться твердий дейтерій. Така поведінка узгоджується з теорією, згідно з якою на оптичні властивості водневих молекулярних кристалів впливає температурне розширення, а також температурна залежність електронної поляризованості.
Фізики не стали докладно вивчати температурну залежність показника заломлення від температури в рідкій фазі, обмежившись лише значеннями трохи вище потрійних точок. Також, вони не проводили рефрактометрію для різних пропорцій дейтерій-тритієвої суміші. Тим не менш, вони отримали дві точки цієї залежності (чистий дейтерій і майже рівна суміш), що дозволило їм оцінити те, наскільки точна наявна в літературі формула. Виявилося, що вона дає дещо занижені значення.
Крім суміші дейтерію і тритію для термоядерних реакцій можна використовувати суміш водню і бора. Про такий реактор ми вже писали.