Национальный центр зажигания использует мощный лазер для нагрева и сжатия водородного топлива, инициируя термоядерный синтез. Эксперимент предлагает цель «зажигания», когда энергия, выделяемая при синтезе, превышает энергию, доставляемую лазером, заключается теперь на расстоянии досягаемости.
Использование термоядерного синтеза, процесса, который питает Солнце, может обеспечить безграничный источник чистой энергии.
В процессе, называемом термоядерным синтезом с инерционным ограничением, 192 луча от лазера NIF — самые высокоэнергетические примеры в мире — направлены на капсулу размером с горошек, содержащую дейтерий и тритий, которые являются разными формами элемента водорода.
Это сжимает топливо до 100-кратной плотности свинца и нагреваетон до 100 миллионов градусов по Цельсию — горячее, чем центр Солнца. Эти условия помогают запустить термоядерный синтез.
- В американской лаборатории пройдена веха в области синтеза.
- Созданная человеком звезда раскрывает космические секреты
- Гигантский лазерный эксперимент запускается
Эксперимент, проведенный 8 августа, дал 1,35 мегаджоулей (МДж) энергии — около 70% энергии лазера, доставленной в топливную капсулу. Достижение воспламенения означает получение мощности термоядерного синтеза, превышающей 1,9 МДж, создаваемую лазером.
«Это огромный шаг вперед для термоядерного синтеза и для всего термоядерного сообщества», — сказала Дебби Каллахан, физик из Лоуренс Ливермор. Об этом BBC News сообщили в Национальной лаборатории, в которой размещается NIF.
В качестве показателя прогресса доходность эксперимента в этом месяце в восемь раз превышает предыдущий рекорд NIF, установленный весной 2021 года, и в 25 раз превышает доходность экспериментов, проведенных в 2018 году.
» темпы улучшения выработки энергии были быстрыми, что позволяет предположить, что мы скоро сможем достичь большего количества энергетических вех, таких как превышение энергии, поступающей от лазеров, используемых для запуска процесса », — сказал профессор Джереми Читтенден, содиректор Центра инерции. Исследования слияния в Имперском колледже Лондона.
Ученые NIF также считают, что теперь они достигли чего-то, что называется «горящей плазмой», где происходит синтез сами реакции обеспечивают тепло для большего плавления. Это жизненно важно для того, чтобы сделать процесс самоподдерживающимся.
«Самоподдерживающийся ожог важен для получения высокого урожая», — объяснил доктор Каллахан. «Волна горения должна распространиться в топливо с высокой плотностью, чтобы получить много энергии термоядерного синтеза.
« Мы считаем, что этот эксперимент находится в этом режиме, хотя мы все еще проводим анализ и моделирование, чтобы быть уверенным. что мы понимаем результат ».
В качестве следующего шага доктор Каллахан сказал, что эксперименты будут повторены.« Это фундаментально для экспериментальной науки. Мы должны понять, насколько воспроизводимы и насколько чувствительны результаты к небольшим изменениям », — сказала она.
« После этого у нас действительно есть идеи, как улучшить этот дизайн, и мы начнем работать над ними в следующем году. .
Проф Читтенден объяснил: «Мегаджоуль энергии, высвобождаемой в эксперименте, действительно впечатляет с точки зрения термоядерного синтеза, но на практике это эквивалентно энергии, необходимой для кипячения чайника».
Он добавил: «Гораздо более высокая энергия термоядерного синтеза может быть достигнута за счет зажигания, если мы сможем решить, как удерживать топливо вместе дольше, чтобы позволить большему количеству его сгореть. Это будет следующий горизонт для термоядерного синтеза с инерционным удержанием «.
Существующая ядерная энергия основана на процессе, называемом делением, когда тяжелый химический элемент расщепляется, чтобы произвести более легкие. Синтез работает путем объединения двух легких элементов, чтобы произвести тяжелее.
Строительство Национального центра зажигания началось в 1997 году и было завершено к 2009 году. Начались первые эксперименты по проверке мощности лазера в октябре 2010 года.
Другая функция NIF — помочь обеспечить безопасность и надежность американских арсеналов ядерного оружия. Время от времени ученые, которые хотят использовать огромный лазер для термоядерного синтеза, ограничивают свое время экспериментами, направленными на обеспечение национальной безопасности.
Но в 2013 году BBC сообщила, что во время экспериментов в NIF количество энергии, высвобождаемой через термоядерный синтез превысил количество энергии, поглощаемой топливом, — прорыв и первый для всех термоядерных установок в мире. Результаты этих испытаний были позже опубликованы в журнале Nature.
NIF — один из нескольких проектов по всему миру, направленных на продвижение исследований термоядерного синтеза. В их число входят объект Iter стоимостью несколько миллиардов евро, который в настоящее время строится в Кадараше, Франция.
Iter будет использовать другой подход к термоядерному синтезу с использованием лазера в NIF; установка на юге Франции будет использовать магнитные поля для удержания горячей плазмы — электрически заряженного газа. Эта концепция известна как термоядерный синтез с магнитным удержанием (MCF).
Но создание коммерчески жизнеспособных термоядерных установок, которые могут обеспечивать энергией сеть, потребует еще одного гигантского скачка.
«Превращение этой концепции в возобновляемые источники энергии. источник электрической энергии, вероятно, будет длительным процессом и потребует преодоления серьезных технических проблем, таких как возможность воссоздать этот эксперимент несколько раз в секунду для получения постоянного источника энергии », — сказал профессор Читтенден.