Tuumasüntees: suur laboratoorne läbimurre

Tehnilise välimusega tuba, kus on palju metallivarustust ja ülespoole viiv redel.

Need teadlased ütlesid, et Lawrence Livermore Labi riikliku süüteseadme sihtkoda on 'seal, kus maagia juhtub'. Pilt Jason Laurea kaudu/Lawrence Livermore'i riiklik labor.


Rakendamise võimesulandumine-meie päikese ja kõigi tähtede energiaallikas-muudaks maise energiatootmise. Teadlased on otsinud seda energiauuringute püha graalisajand. 8. augustil 2021 uurisid Lawrence Livermore'i riikliku labori (LLNL) Californias ütlesid, et on teinud läbimurdeid, mis seavad nad läveletermotuumasüüde. Nende katse keskendus LLNLi riiklikule süüteseadmele - kolme suuruselejalgpalliväljakud- sihtmärgile aBB. Katse käigus toodeti inimkarva läbimõõduga leviala. See genereeris 100 triljoni sekundi jooksul rohkem kui 10 kvadriljonit vatti sulatusvõimsust.

See elektritootmise kogus võib tunduda väike. Kuid pidage meeles, et vendade Wrightide esimene lend kestis 12 sekundit. Ja täna võime lennata kilomeetreid maapinnast tundide kaupa.


Veelgi enam, termotuumasünteesi uuriv kogukond kasutab süütamiseks palju tehnilisi määratlusi. Kuid LLNL -i pressiesindaja ütles ForVM -ile, et 1997. aasta definitsioon, mille võttis vastu riiklik teaduste akadeemia, nõuab:

… Termotuumasünteesi saagis on suurem kui edastatud laserenergia. See katse [kuulutati välja 8. augustil] andis umbes 2/3 tarnitud laserenergiast termotuumasünteesi, mis ei vasta süüte määratlusele…

Nii et nad ei tohi selle määratluse järgi veel süttida. Kuid LLNL-i teadlased ütlesid, et on selle aasta alguses tehtud katsetega võrreldes 8 korda paranenud. Ja nad ütlesid, et see on 25 korda suurem võrreldes nende eelmise rekordiga aastast 2018. Teadlased tunnevad nüüd, et nad on teel millegi suurema poole. Nad ütlesid, et nende hiljutine töö sillutab teed termotuumasünteesi reaktsioonidele, mis lõpuks tekitavadrohkemLaseri käitamiseks vajalikku energiat.

Ja see saab olema väga põnev!


Fusiooni teadus

Tuumasünteesannab jõudu meie päikesele. See paneb päikese paistma. Fusion onliituminekahest kergemast elemendist raskemaks. Meie päikese sees kaksvesinikaatomid (lihtsaim element) sulanduvadheelium. Järgneb sulandumine tähtede seesEinsteini kuulus võrrand E = mc^2. See tähendab, et kui vesiniku aatomid sulanduvad heeliumiks, jääb natuke massi üle. See mass muundub energiaks ja paneb päikese paistma.

Praegused tuumareaktorid töötavad seotud protsessi, nnlõhustumine. See on aatomite jagunemine energia tootmiseks. Tuumasüntees on kauaoodatud eesmärk, sest see loob kolm kuni neli korda rohkem energiat kui lõhustumine. Ja seda ilma tuumajäätmete mürgiste kõrvalsaadusteta (kuigi uus lõhustamismeetod, nnIV põlvkond, väidetavalt suudab ta jäätmeprobleemi lahendada).

Teadlased lõhestasid Maal 1940. aastatel. Hiroshimale ja Nagasakile heidetud pommid said tuuma lõhustamist. Kuid termotuumasüntees on olnud tabamatum eesmärk. Maapealsetes laborites toimuva termotuumasünteesi tekitamiseks on vaja tohutult energiat. Siiani pole toodetud energia kunagi olnud suurem kui vajalik energia.


Kuidas laboris sulandumine luuakse

LLNLi riiklikus süüteseadmes kasutavad teadlased hiiglaslikku 200 laserkiirt, mis on kolme jalgpalliväljaku pikkused ja keskenduvad hernest väiksemale sihtmärgile. Need sihtmärgid on raske vesiniku kütusegraanulid, nimeltdeuteeriumjatriitium. Laserid tekitavad palju soojust ja survet, nagu see leidub päikese tuumas. Kuumus ja rõhk tekitavadalfaosakesed- sama mis heeliumi tuum - mis soojendab ümbritsevat plasmat. Kuumutatud plasma eraldab rohkem alfaosakesi, kuni reaktsioon püsib. Teadlased nimetavad seda protsessisüüde.

8. augusti katse murdis selle, mida teadlased nimetavad1megajouletõke. Seetõttu on mõned asutused - näiteks Londoni Imperial College -teatatudet süüde oli tehtud. Nagu Hayley Dunning Londoni Imperial College'istütles:

… On mõned süüte määratlused! Meie teadlased pidasid seda rohkem kui ühe megajoule võimsuse loomise künniseks, samas kui ma arvan, et Livermore otsib rohkem „tasuvust“, kus energia võrdub energiaga. Esimene on realiseeritud, kuid teine ​​veel mitte. Kuid praegu on see vaid aja küsimus.

Tuumasünteesi süüde, puhas energia ja universum

Üks põnevaid tagajärgi tuumasünteesi süütamise käivitamisel laboris on see, mida see tähendab energiatootmise tuleviku jaoks. NaguArthur TurrellLondoni Imperial College'istütles:


See fenomenaalne läbimurre viib meid ahvatlevalt lähedale termotuumasünteesi reaktsioonide „netoenergia kasumi” demonstreerimisele just siis, kui planeet seda vajab.

Jeremy ChittendenLondoni Imperial College'istmärkisnii energiamõju kui ka meie arusaam universumi loomisest:

Energiatoodangu paranemise tempo on olnud kiire, mis viitab sellele, et võime peagi jõuda rohkemate energia-eesmärkideni, näiteks ületada protsessi käivitamiseks kasutatud laserite sisendenergia. See on ülioluline, et avada termotuumasünteesi lubadus ja võimaldada füüsikutel uurida olukordi universumi mõnede äärmuslikumate olekute puhul, sealhulgas vaid mõni minut pärast Suurt Pauku.

Sfääriline plahvatus, paljud valged jooned tulistavad keskelt tumedal taustal.

Kunstniku kontseptsioon plahvatusest. Pilt Casey Horneri kaudu/Tühista pritsimine.

Aidan CrillyLondoni Imperial College'istlisatud:

Päikese keskel olevate tingimuste reprodutseerimine võimaldab meil uurida mateeria olekuid, mida me pole kunagi varem laboris suutnud luua, sealhulgas tähti jasupernoovad. Samuti võiksime saada ülevaate mateeria kvantseisunditest ja isegi tingimustest, mis on lähemale ja lähemaleSuur pauk. Mida kuumemaks me läheme, seda lähemale jõuame universumi esimesele olekule.

Ühinemine tuumarelvades

Ameerika Ühendriikidel on aVarude haldamise programmtagamaks, et riigi tuumajõud relvade vananedes ei väheneks, ja tuumasünteesi ülevaade on selle jõupingutuse oluline osa. Lawrence Livermore'i riikliku labori direktorKim Budilütles:

See tulemus on ajalooline samm edasi inertsiaalse suletava termotuumasünteesi valdkonnas, avades põhimõtteliselt uue korra meie kriitiliste riikliku julgeoleku missioonide uurimiseks ja edendamiseks.

Teaduse ja tehnoloogia täiustused, mis aitasid süüte eesmärki saavutada, hõlmasid uut diagnostikat, sihtmärkide valmistamise täiustamist, täiustatud laseritäpsust ja disainimuudatusi, et suurendada plahvatuse ja kokkupõrkega seotud energiat.

Fusiooni tulevik

Praegu on veel liiga vara täpselt teada, mida tulevik toob, kuid laboris termotuumasünteesi loomisel tehtavate täiustuste abil on meie energia ja teaduse edusammud monumentaalsed.Steven RoseLondoni Imperial College'istütles:

See, mis on saavutatud, on tuumasünteesi maastikku täielikult muutnud ja nüüd võime oodata põlenud plasmade kasutamist nii teaduslike avastuste kui ka energiatootmise jaoks.

Lihtsalt tuumasünteesi süttimise demonstreerimine on laboris võimalik, võimaldab teistel palli haarata ja meie puhta energia tuleviku poole joosta. Chittenden ütles:

Oleme nüüd tõestanud, et on võimalik jõuda süüteni, andes inspiratsiooni teistele laboratooriumidele ja idufirmadele üle maailma, mis töötavad termotuumasünteesi tootmise kallal, et proovida samu tingimusi realiseerida, kasutades lihtsamat, vastupidavamat ja eelkõige odavamat meetodit.

Nii Londoni Imperial College kui ka Lawrence Livermore National Laboratory tegid eraldi teadaandeid, milles kirjeldati termotuumasünteesi verstaposti. Londoni Imperial Collegeteadaannekeskendus ainult teaduslikule poolele, teatades, et avastus võib viia puhta energiaallikani ja vastata küsimustele, mis juhtusid minutitel pärast Suurt Pauku. TheteadaanneLawrence Livermore'i riiklikust laboratooriumist, mis keskendus riigi julgeolekule ja tuumarelvade kaasajastamisele.

Tuumasünteesi süüde: punane ja sinine plahvatuslaadne graafika, millele on kirjutatud 1,3 MJ.

Lawrence Livermore'i riiklikus laboris tehtud katse on jõudnud tuumasünteesi süüte lävele, andes 1,3 megajoule fusioonienergiat. Pilt John Jetti kaudu/Lawrence Livermore'i riiklik labor.

Alumine rida: tuumasünteesi süütamine käivitati laboris esimest korda. See võib viia puhta energia ja teadmisteni Suurest Paugust.

Londoni Imperial College kaudu

Lawrence Livermore'i riikliku labori kaudu