Udało się to naukowcom z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). fuzja zapłon i energia próg rentowności. W dniu 5th W grudniu 2022 r. zespół badawczy przeprowadził kontrolowany eksperyment syntezy jądrowej przy użyciu laserów, kiedy 192 wiązki laserowe dostarczyły ponad 2 miliony dżuli energii UV do maleńkiej pastylki paliwa w kriogenicznej komorze docelowej i osiągnęły próg rentowności energii, co oznacza, że eksperyment syntezy jądrowej wytworzył więcej energii niż dostarczany przez laser, aby go napędzać. Ten przełom został osiągnięty po raz pierwszy w historii po dziesięcioleciach ciężkiej pracy. Jest to kamień milowy w nauce i ma znaczące implikacje dla perspektywy czystej energii termojądrowej w przyszłości w kierunku gospodarki o zerowej emisji dwutlenku węgla netto, walki ze zmianami klimatycznymi i utrzymania odstraszania nuklearnego bez uciekania się do prób jądrowych w celu obrony narodowej. Wcześniej, w dniu 8thSierpień 2021 zespół badawczy osiągnął próg zapłonu syntezy jądrowej. Eksperyment wytworzył więcej energii niż jakikolwiek inny poprzedni eksperyment syntezy jądrowej, ale nie osiągnięto progu rentowności energii. Ostatni eksperyment przeprowadzony 5th Grudzień 2022 r. osiągnął próg rentowności energii, dostarczając w ten sposób dowodu słuszności koncepcji, że kontrolowana synteza jądrowa może być wykorzystana do zaspokojenia potrzeb energetycznych, chociaż praktyczne komercyjne zastosowanie energii termojądrowej może być jeszcze bardzo odległe.
Jądrowy reakcje dają duże ilości energii równoważne ilości utraconej masy, zgodnie z równaniem symetrii masy i energii E = MC2 Einsteina. Reakcje rozszczepienia polegające na rozpadzie jąder paliwa jądrowego (pierwiastków promieniotwórczych, takich jak uran-235) są obecnie stosowane w reaktorach jądrowych do wytwarzania energii. Reaktory oparte na rozszczepieniu jądrowym wiążą się jednak z dużym ryzykiem dla ludzi i środowiska, jak widać w przypadku Czarnobyla, i są znane z wytwarzania niebezpiecznych odpadów radioaktywnych o bardzo długim okresie półtrwania, które są niezwykle trudne do usunięcia.
W naturze gwiazdy jak nasze słońce, synteza jądrowa polegający na łączeniu się mniejszych jąder wodoru jest mechanizmem wytwarzania energii. Fuzja jądrowa, w przeciwieństwie do rozszczepienia jądrowego, wymaga bardzo wysokiej temperatury i ciśnienia, aby umożliwić połączenie jąder. Ten wymóg ekstremalnie wysokiej temperatury i ciśnienia jest spełniony w jądrze Słońca, gdzie fuzja jąder wodoru jest kluczowym mechanizmem wytwarzania energii, ale odtworzenie tych ekstremalnych warunków na Ziemi nie było jak dotąd możliwe w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, w wyniku czego reaktory termojądrowe nie są jeszcze rzeczywistością. (Niekontrolowana synteza termojądrowa w ekstremalnych temperaturach i ciśnieniu wytworzonym przez uruchomienie urządzenia rozszczepiającego jest zasadą stojącą za bronią wodorową).
To Arthur Eddington jako pierwszy zasugerował już w 1926 roku, że gwiazdy czerpią energię z syntezy wodoru w hel. Pierwsza bezpośrednia demonstracja syntezy jądrowej miała miejsce w laboratorium w 1934 r., kiedy Rutherford pokazał fuzję deuteru w hel i zauważył, że podczas tego procesu „wytworzono ogromny efekt”. Ze względu na jej ogromny potencjał w zakresie dostarczania nieograniczonej czystej energii naukowcy i inżynierowie z całego świata podjęli wspólne wysiłki w celu odtworzenia syntezy jądrowej na Ziemi, ale było to trudne zadanie.
W ekstremalnych temperaturach elektrony oddzielają się od jąder, a atomy stają się zjonizowanym gazem składającym się z dodatnich jąder i ujemnych elektronów, co nazywamy plazmą, która jest milion razy lżejsza od powietrza. To sprawia fuzja środowisko bardzo wątłe. Aby w takim środowisku mogła dojść do syntezy jądrowej (mogącej wytworzyć znaczną ilość energii), muszą być spełnione trzy warunki; powinna panować bardzo wysoka temperatura (mogąca wywołać zderzenia o dużej energii), powinna istnieć wystarczająca gęstość plazmy (aby zwiększyć prawdopodobieństwo kolizji), a plazma (która ma skłonność do rozszerzania się) powinna być ograniczona przez wystarczający czas, aby włączyć fuzję. To sprawia, że głównym celem jest rozwój infrastruktury i technologii w celu powstrzymania i kontrolowania gorącej plazmy. Silne pola magnetyczne mogłyby być wykorzystywane do radzenia sobie z plazmą, jak w przypadku Tokamaka z ITER. Inercyjne uwięzienie plazmy to kolejne podejście, w którym kapsuły wypełnione ciężkimi izotopami wodoru są implodowane za pomocą wysokoenergetycznych wiązek laserowych.
Badania fuzyjne przeprowadzone w Lawrence Laboratorium Krajowe Livermore (LLNL) NIF zastosowało techniki implozji napędzanej laserem (fuzja bezwładnościowa). Zasadniczo kapsułki milimetrowe wypełnione deuterem i trytem zostały implodowane za pomocą laserów o dużej mocy, które generują promienie rentgenowskie. Kapsułka nagrzewa się i zamienia w plazmę. Plazma przyspiesza do wewnątrz, tworząc ekstremalne warunki ciśnienia i temperatury, gdy paliwa w kapsule (atomy deuteru i trytu) łączą się, uwalniając energię i kilka cząstek, w tym cząstki alfa. Uwolnione cząstki oddziałują z otaczającą plazmą i dalej ją podgrzewają, co prowadzi do większej liczby reakcji termojądrowych i uwalniania większej ilości „energii i cząstek”, tworząc w ten sposób samopodtrzymujący się łańcuch reakcji termojądrowych (zwany „zapłonem termojądrowym”).
Społeczność badaczy syntezy jądrowej od kilku dziesięcioleci próbuje osiągnąć „zapłon syntezy jądrowej”; samopodtrzymująca się reakcja fuzji. w dniu 8th W sierpniu 2021 zespół Lawrence Laboratory osiągnął próg „zapłonu fuzyjnego”, który osiągnął 5th Grudzień 2022. Tego dnia kontrolowany zapłon termojądrowy na Ziemi stał się faktem – kamień milowy w nauce!
***
