Οι επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL) πέτυχαν συγχώνευση ανάφλεξη και ενέργεια εξισορρόπηση. Στις 5th Τον Δεκέμβριο του 2022, η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε πείραμα ελεγχόμενης σύντηξης χρησιμοποιώντας λέιζερ όταν 192 ακτίνες λέιζερ παρέδωσαν περισσότερα από 2 εκατομμύρια joules UV ενέργειας σε ένα μικροσκοπικό σφαιρίδιο καυσίμου στον κρυογονικό θάλαμο στόχο και πέτυχαν ενεργειακό νεκρό σημείο, που σημαίνει ότι το πείραμα σύντηξης παρήγαγε περισσότερη ενέργεια από παρέχεται από το λέιζερ για να το οδηγεί. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη επιτεύχθηκε για πρώτη φορά στην ιστορία μετά από δεκαετίες σκληρής δουλειάς. Αυτό είναι ένα ορόσημο στην επιστήμη και έχει σημαντικές επιπτώσεις για την προοπτική καθαρής ενέργειας σύντηξης στο μέλλον προς την οικονομία καθαρού μηδενικού άνθρακα, για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής και τη διατήρηση της πυρηνικής αποτροπής χωρίς την προσφυγή σε πυρηνικές δοκιμές για την εθνική άμυνα. Νωρίτερα, στις 8thΤον Αύγουστο του 2021, η ερευνητική ομάδα είχε φτάσει στο κατώφλι της ανάφλεξης με σύντηξη. Το πείραμα είχε παραγάγει περισσότερη ενέργεια από οποιοδήποτε άλλο προηγούμενο πείραμα σύντηξης, αλλά το ενεργειακό νεκρό σημείο δεν επιτεύχθηκε. Το τελευταίο πείραμα που πραγματοποιήθηκε στις 5th Ο Δεκέμβριος του 2022 πέτυχε το κατόρθωμα της ενεργειακής εξισορρόπησης, παρέχοντας έτσι την απόδειξη της ιδέας ότι η ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη μπορεί να αξιοποιηθεί για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών. Η πρακτική εμπορική εφαρμογή της ενέργειας σύντηξης μπορεί να είναι ακόμα πολύ μακρινή.
Πυρηνικός Οι αντιδράσεις αποδίδουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας που ισοδυναμούν με το ποσό της μάζας που χάνεται, σύμφωνα με την εξίσωση συμμετρίας μάζας-ενέργειας E=MC2 του Αϊνστάιν. Οι αντιδράσεις σχάσης που περιλαμβάνουν τη διάσπαση πυρήνων πυρηνικών καυσίμων (ραδιενεργά στοιχεία όπως το ουράνιο-235) χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στους πυρηνικούς αντιδραστήρες για την παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο, οι αντιδραστήρες που βασίζονται στην πυρηνική σχάση διατρέχουν υψηλούς κινδύνους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον, όπως είναι εμφανές στην περίπτωση του Τσερνομπίλ, και είναι διαβόητοι για την παραγωγή επικίνδυνων ραδιενεργών αποβλήτων με πολύ μεγάλους χρόνους ημιζωής που είναι εξαιρετικά δύσκολο να απορριφθούν.
Στη φύση, αστέρια σαν τον ήλιο μας, πυρηνική σύντηξη που περιλαμβάνει τη συγχώνευση μικρότερων πυρήνων υδρογόνου είναι ο μηχανισμός παραγωγής ενέργειας. Η πυρηνική σύντηξη, σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, απαιτεί εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία και πίεση για να μπορέσουν οι πυρήνες να συγχωνευθούν. Αυτή η απαίτηση εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης ικανοποιείται στον πυρήνα του ήλιου όπου η σύντηξη των πυρήνων του υδρογόνου είναι ο βασικός μηχανισμός παραγωγής ενέργειας, αλλά η αναδημιουργία αυτών των ακραίων συνθηκών στη γη δεν ήταν δυνατή μέχρι στιγμής σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες και ως αποτέλεσμα, Οι αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης δεν είναι ακόμη πραγματικότητα. (Η ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική σύντηξη σε ακραία θερμοκρασία και πίεση που δημιουργείται από την ενεργοποίηση της συσκευής σχάσης είναι η αρχή πίσω από το όπλο υδρογόνου).
Ήταν ο Άρθουρ Έντινγκτον που πρότεινε για πρώτη φορά, πολύ πίσω το 1926, ότι τα αστέρια αντλούν την ενέργειά τους από τη σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο. Η πρώτη άμεση επίδειξη της πυρηνικής σύντηξης ήταν στο εργαστήριο το 1934 όταν ο Ράδερφορντ έδειξε τη σύντηξη του δευτερίου σε ήλιο και παρατήρησε ότι «παρήχθη ένα τεράστιο φαινόμενο» κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Λόγω των τεράστιων δυνατοτήτων του να παρέχει απεριόριστη καθαρή ενέργεια, έχουν γίνει συντονισμένες προσπάθειες από επιστήμονες και μηχανικούς σε όλο τον κόσμο για την αναπαραγωγή της πυρηνικής σύντηξης στη Γη, αλλά ήταν μια δύσκολη αποστολή.
Σε ακραίες θερμοκρασίες, τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από τους πυρήνες και τα άτομα γίνονται ιονισμένο αέριο που αποτελείται από θετικούς πυρήνες και αρνητικά ηλεκτρόνια, αυτό που ονομάζουμε πλάσμα, το οποίο είναι ένα εκατομμυριοστό λιγότερο πυκνό από τον αέρα. Αυτό κάνει συγχώνευση περιβάλλον πολύ αδύναμο. Για να πραγματοποιηθεί η πυρηνική σύντηξη σε ένα τέτοιο περιβάλλον (που θα μπορούσε να αποφέρει αξιόλογη ποσότητα ενέργειας), θα πρέπει να πληρούνται τρεις προϋποθέσεις. θα πρέπει να υπάρχει πολύ υψηλή θερμοκρασία (που θα μπορούσε να προκαλέσει συγκρούσεις υψηλής ενέργειας), θα πρέπει να υπάρχει επαρκής πυκνότητα πλάσματος (για να αυξηθεί η πιθανότητα συγκρούσεων) και το πλάσμα (το οποίο έχει τάση να διαστέλλεται) θα πρέπει να περιορίζεται για επαρκή χρονική διάρκεια σε ενεργοποιήστε τη σύντηξη. Αυτό καθιστά την ανάπτυξη της υποδομής και της τεχνολογίας για τη συγκράτηση και τον έλεγχο του θερμού πλάσματος στο επίκεντρο. Ισχυρά μαγνητικά πεδία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση του πλάσματος όπως στην περίπτωση του Tokamak του ITER. Ο αδρανειακός περιορισμός του πλάσματος είναι μια άλλη προσέγγιση στην οποία οι κάψουλες γεμάτες με βαριά ισότοπα υδρογόνου καταρρέουν χρησιμοποιώντας δέσμες λέιζερ υψηλής ενέργειας.
Μελέτες σύντηξης που πραγματοποιήθηκαν στο Λαυρέντιος Το Εθνικό Εργαστήριο Livermore (LLNL) του NIF χρησιμοποίησε τεχνικές εμφύσησης με λέιζερ (αδρανειακή σύντηξη περιορισμού). Βασικά, κάψουλες μεγέθους χιλιοστού γεμάτες με δευτέριο και τρίτιο καταρρίφθηκαν με λέιζερ υψηλής ισχύος που παράγουν ακτίνες Χ. Η κάψουλα θερμαίνεται και μετατρέπεται σε πλάσμα. Το πλάσμα επιταχύνεται προς τα μέσα δημιουργώντας ακραίες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας όταν τα καύσιμα στην κάψουλα (άτομα δευτερίου και τριτίου) συντήκονται, απελευθερώνοντας ενέργεια και πολλά σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των σωματιδίων άλφα. Τα απελευθερωμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον πλάσμα και το θερμαίνουν περαιτέρω οδηγώντας σε περισσότερες αντιδράσεις σύντηξης και απελευθέρωση περισσότερης «ενέργειας και σωματιδίων», δημιουργώντας έτσι μια αυτοσυντηρούμενη αλυσίδα αντιδράσεων σύντηξης (που ονομάζεται «ανάφλεξη σύντηξης»).
Η ερευνητική κοινότητα σύντηξης προσπαθεί εδώ και αρκετές δεκαετίες να επιτύχει «ανάφλεξη σύντηξης». μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση σύντηξης. Στις 8th Αύγουστος 2021, η ομάδα του Lawrence Laboratory έφτασε στο κατώφλι της «ανάφλεξης σύντηξης» που πέτυχε στις 5th Δεκέμβριος 2022. Αυτή την ημέρα, η ελεγχόμενη ανάφλεξη σύντηξης στη Γη έγινε πραγματικότητα – επιτεύχθηκε ένα ορόσημο στην επιστήμη!
***
