Нова ера в ядрения синтез: Американска лаборатория постига "запалване" отново и отново

За трети път успешно е повторен историческия пробив в ядрения синтез

Ваня Милева Последна промяна на 21 декември 2023 в 14:25 13281 0

Целевата камера на NIF е мястото, където се случва магията - там се създават температури от 100 милиона градуса и достатъчно екстремни налягания, за да компресират мишената до плътност до 100 пъти по-голяма от плътността на оловото.

Кредит Damien Jemison/LLNL

Целевата камера на NIF е мястото, където се случва магията - там се създават температури от 100 милиона градуса и достатъчно екстремни налягания, за да компресират мишената до плътност до 100 пъти по-голяма от плътността на оловото.

През декември 2022 г., след повече от десетилетие усилия и разочарования, учени от американската Национална инсталация за запалване (NIF) произвеждат реакция на термоядрен синтез, която освобождава повече енергия, отколкото консумира – или т.нар. "запалване".

Сега те доказаха, че постижението не е случайно, защото го възпроизвеждат отново и отново.

Изстрелвайки близо 200 лазера към цилиндър, съдържащ горивна капсула с размерите на зърно черен пипер учените успяха да направят още една стъпка в овладяването на енергията на термоядрения синтез, който в бъдеще може да осигури на света почти неограничен източник на чиста енергия.

Това се случва, след като през 2023 г. бе повторен опита им да изстискат достатъчно енергия от диамантената капсула, пълна с водород, за да се самоподдържа реакцията на термоядрен синтез, след като същият екип на NIF към лаборатория Лорънс Ливърмор в Калифорния (LLNL) извърши първият пробив в овладяването на тази енергия през 2022 г. 

Сега изследователите казват, че успешно са възпроизвели запалване поне три пъти тази година, според доклад от декември от LLNL. 

В продължение на десетилетия учените се опитват да използват енергията от термоядрения синтез, като по същество пресъздават енергията на Слънцето тук, на земята.

След като постигнаха историческия си нетен добив миналата година, следващата важна стъпка бе да се докаже, че процесът може да бъде възпроизведен.

Кредит: Lawrence Livermore National Laboratory

Горещи моменти

NIF работи чрез изстрелване на 192 лазерни лъча към замразена пелета от водородните изотопи деутерий и тритий, която се намира в диамантена капсула, окачена вътре в златен цилиндър. Получената имплозия кара изотопите да се сливат, създавайки хелий и големи количества енергия. На 5 декември 2022 г. тези реакции на термоядрен синтез за първи път генерираха повече енергия - приблизително 54% ​​повече - от лазерните лъчи, доставени до целта.

Съоръжението постави нов рекорд на 30 юли, когато неговите лъчи доставиха същото количество енергия към целта - 2,05 мегаджаула - но този път имплозията генерира 3,88 мегаджаула термоядрена енергия, 89% увеличение спрямо вложената енергия. Учените от лабораторията постигнаха запалване по време на още два опита през октомври (вижте схемата горе). А изчисленията на лабораторията предполагат, че други две през юни и септември са генерирали малко повече от вложената енергия от лазерите, но не достатъчно, за да потвърдят запалването.

За много учени резултатите потвърждават, че лабораторията вече работи в нов режим: изследователите могат многократно да постигат цел, която са преследвали повече от десетилетие. Малки вариации в лазерните импулси или незначителни дефекти в диамантената капсула все още могат да позволят на енергията да избяга, което води до несъвършена имплозия, но сега учените разбират по-добре основните действащи променливи и как да ги манипулират.

Най-простата и най-нискоенергийна версия на верижната протон-протон реакция, която произвежда хелий-4 от първоначално водородно гориво. Имайте предвид, че само сливането на деутерий и протон произвежда хелий от водород; всички други реакции произвеждат или водород, или хелий от други изотопи на хелия. Тези реакции се случват на Слънцето и могат да бъдат пресъздадени в лабораторията с достатъчни температури и плътност. Кредит: Sarang/Wikimedia Commons

Дълъг път

Следва обаче дълъг път до осигуряването на енергия от термоядрен синтез към електрическата мрежа и NIF, въпреки че в момента има най-големия лазер в света, не е подходящ за тази задача. Лазерната система на съоръжението е изключително неефективна и повече от 99% от енергията, която отива при един опит за запалване, се губи, преди да достигне целта.

Разработването на по-ефективни лазерни системи е една от целите на новата изследователска програма за енергия от инерционен термоядрен синтез на американското Министерство на енергетиката. Този месец агенцията обяви 42 милиона щатски долара за четири години за създаване на три нови изследователски центъра — всеки включващ комбинация от национални лаборатории, университетски изследователи и индустриални партньори — които ще работят в тази област.

Предусилватели, които усилват лазерните лъчи в National Ignition Facility. Кредит: LLNL/Damien Jemison

Досега повечето правителствени инвестиции в изследванията на термоядрената енергия са насочени към устройства, известни като токамаци, които използват магнитни полета вътре в "тор" с форма на поничка, за да ограничат реакциите на термоядрения синтез. Това е подходът, който се разработва в ITER, международно партньорство за изграждане на най-голямото съоръжение за синтез в света във Франция. Токамаците също са били в центъра на много инвестиции в термоядрен синтез в частния сектор, но десетки компании преследват други подходи, като например лазерен синтез.

Източници:

US nuclear-fusion lab enters new era: achieving ‘ignition’ over and over, Nature

Scientists successfully replicate historic nuclear fusion breakthrough three times, Laura Paddison, CNN

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !