Naukowcy osiągnęli samopodtrzymującą się fuzję jądrową… ale teraz nie mogą jej odtworzyć: ScienceAlert

Naukowcy potwierdzili, że w zeszłym roku, po raz pierwszy w laboratorium, doszło do reakcji syntezy jądrowej, która utrwala się (zamiast wygasać) — przybliżając nas do powtórzenia reakcji chemicznej, która zasila słońce.

Jednak nie są do końca pewni, jak odtworzyć to doświadczenie.

fuzja nuklearna Występuje, gdy dwa atomy łączą się, tworząc cięższy atom, uwalniając w tym procesie potężny wybuch energii.

Proces ten często występuje w przyrodzie, ale bardzo trudno go odtworzyć w laboratorium, ponieważ do podtrzymania reakcji potrzebne jest środowisko o wysokiej energii.

słońce generuje energię Wykorzystując syntezę jądrową – rozbijając atomy wodoru, tworząc hel.

Supernowe — wybuchające słońca — zbyt Skorzystaj z syntezy jądrowej Kosmiczny pokaz sztucznych ogni. To właśnie siła tych oddziaływań tworzy cięższe cząstki, takie jak żelazo.

Jednak w sztucznych miejscach na Ziemi ciepło i energia mają tendencję do ucieczki przez mechanizmy chłodzące, takie jak promieniowanie rentgenowskie i przewodnictwo cieplne.

Aby fuzja jądrowa stała się realnym źródłem energii dla ludzi, naukowcy muszą najpierw osiągnąć coś, co nazywa się „zapłonem”, w którym mechanizmy samonagrzewania pokonują wszelkie straty energii.

Po osiągnięciu zapłonu reakcja syntezy jądrowej zasila się sama.

W 1955 roku fizyk John Lawson stworzył zestaw kryteriów, obecnie znanych jako „kryteria zapłonu podobne do Lawsona”, aby pomóc określić, kiedy ten zapłon wystąpił.

Zapłon reakcji jądrowych zwykle występuje w bardzo gęstych środowiskach, takich jak supernowa lub broń jądrowa.

Naukowcy z National Ignition Facility w Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii spędzili ponad dekadę na doskonaleniu swojej metody, Potwierdzone teraz Że historyczny eksperyment przeprowadzony 8 sierpnia 2021 r. faktycznie doprowadził do pierwszego w historii pomyślnego zapłonu reakcji syntezy jądrowej.

W niedawnej analizie próba z 2021 r. została oceniona na podstawie dziewięciu różnych wersji benchmarku Lawsona.

„Po raz pierwszy przekroczyliśmy w laboratorium normę Lawsona” — powiedziała fizyk jądrowy Annie Kretcher z National Ignition Facility. nowy Świat.

Aby osiągnąć ten efekt, zespół umieścił kapsułkę paliwa trytu i deuteru w środku wyłożonej złotem komory z uranu i wystrzelił w nią 192 lasery o dużej mocy, aby stworzyć kąpiel intensywnych promieni rentgenowskich.

Intensywne środowisko stworzone przez wewnętrznie skierowane fale uderzeniowe wytworzyło samopodtrzymującą się reakcję fuzji.

W tych warunkach atomy wodoru przeszły fuzję, uwalniając 1,3 megadżuli energii przez sto bilionowych części sekundy, co odpowiada 10 biliardom watów energii.

W ciągu ostatniego roku naukowcy próbowali powtórzyć odkrycie w Cztery podobne doświadczeniaale udało się wyprodukować tylko połowę wydajności energetycznej uzyskanej w rekordowym eksperymencie wstępnym.

Critcher wyjaśnia, że ​​zapłon jest bardzo wrażliwy na drobne, ledwo dostrzegalne zmiany, takie jak różnice w strukturze każdej kapsułki i intensywności lasera.

„Jeżeli zaczniesz od mikroskopijnie gorszego punktu startowego, będzie to odzwierciedlone w znacznie większej różnicy w końcowym uzysku energetycznym” Mówi Fizyk plazmowy Jeremy Chittenden z Imperial College London. Doświadczenie z 8 sierpnia było najlepszym scenariuszem.

Zespół chce teraz dokładnie określić, co jest potrzebne do uzyskania zapłonu i jak zwiększyć odporność eksperymentu na drobne błędy. Bez tej wiedzy nie można rozbudować procesu, aby stworzyć reaktory termojądrowe, które mogą zasilać miasta, co jest ostatecznym celem tego typu badań.

„Nie chcesz być w sytuacji, w której musisz wszystko zrobić dobrze, aby zapalić się” – mówi Chittenden.

Ten artykuł został opublikowany w fizyczne wiadomości przeglądowe.