_ Oamenii de știință creează o „bujie” eficientă ' pentru experimente de fuziune inerțială cu antrenare directă

Oamenii de știință de la Laboratorul de Energetică Laser (LLE) de la Universitatea din Rochester au condus experimente pentru a demonstra o „bujie” eficientă pentru metodele cu antrenare directă de fuziune inerțială (ICF) ). În două studii publicate în Nature Physics, autorii discută rezultatele lor și subliniază modul în care acestea pot fi aplicate la o scară mai mare, cu speranța de a produce în cele din urmă fuziune într-o unitate viitoare.

LLE este cea mai mare universitate din S.U.A. Programul Departamentului de Energie și găzduiește sistemul laser OMEGA, care este cel mai mare laser academic din lume, dar încă aproape o sutime din energia National Ignition Facility (NIF) de la Laboratorul Național Lawrence Livermore din California.

Cu OMEGA, oamenii de știință de la Rochester au finalizat mai multe încercări reușite de a trage 28 de kilojulii de energie laser către capsule mici pline cu combustibil deuteriu și tritiu, provocând ca capsulele să implode și să producă o plasmă suficient de fierbinte pentru a iniția reacții de fuziune între nucleele combustibilului. Experimentele au provocat reacții de fuziune care au produs mai multă energie decât cantitatea de energie din plasma fierbinte centrală.

Experimentele OMEGA folosesc iluminarea laser directă a capsulei și diferă de abordarea cu acționare indirectă utilizată pe NIF. Când se utilizează abordarea cu antrenare indirectă, lumina laser este convertită în raze X care, la rândul lor, conduc la implozia capsulei. NIF a folosit acționarea indirectă pentru a iradia o capsulă cu raze X folosind aproximativ 2.000 de kilojouli de energie laser. Acest lucru a condus la o descoperire în 2022 la NIF în realizarea aprinderii prin fuziune — o reacție de fuziune care creează un câștig net de energie de la țintă.

„Generarea mai multă energie de fuziune decât conținutul de energie intern al locului în care are loc fuziunea. este un prag important”, spune autorul principal al primei lucrări Connor Williams '23 Ph.D. (fizică și astronomie), acum un om de știință la Sandia National Labs în proiectarea țintei de radiații și ICF. „Aceasta este o cerință necesară pentru orice doriți să realizați mai târziu, cum ar fi arderea plasmei sau obținerea aprinderii.”

Arătând că pot atinge acest nivel de performanță de implozie cu doar 28 de kilojulii de energie laser, Rochester Echipa este încântată de perspectiva aplicării metodelor de antrenare directă la lasere cu mai multă energie. Demonstrarea unei bujii este un pas important, cu toate acestea, OMEGA este prea mic pentru a comprima suficient combustibil pentru a ajunge la aprindere.

„Dacă în cele din urmă puteți crea bujia și comprima combustibilul, acționarea directă are o mulțime de caracteristici care sunt favorabile pentru energia de fuziune în comparație cu antrenarea indirectă”, spune Varchas Gopalaswamy '21 Ph.D. (inginerie mecanică), om de știință LLE care a condus al doilea studiu care explorează implicațiile utilizării abordării cu antrenare directă pe laserele de clasă megajoule, similare cu dimensiunea NIF. „După scalarea rezultatelor OMEGA la câțiva megajouli de energii laser, se preconizează că reacțiile de fuziune vor deveni auto-susținute, o condiție numită „plasme de ardere”.

Gopalaswamy spune că ICF cu acționare directă este un abordare promițătoare pentru obținerea aprinderii termonucleare și a energiei nete în fuziunea cu laser.

„Un factor major care contribuie la succesul acestor experimente recente este dezvoltarea unei metode noi de proiectare a imploziei bazată pe predicții statistice și validată prin învățarea automată. algoritmi”, spune Riccardo Betti, om de știință șef al LLE și profesor Robert L. McCrory la Departamentul de Inginerie Mecanică și la Departamentul de Fizică și Astronomie. „Aceste modele predictive ne permit să restrângem numărul de modele candidate promițătoare înainte de a efectua experimente valoroase”.

Experimentele de la Rochester au necesitat un efort foarte coordonat între un număr mare de oameni de știință, ingineri și personal tehnic pentru a opera instalația laser complexă. Ei au colaborat cu cercetători de la Centrul de știință și fuziune a plasmei MIT și de la General Atomics pentru a efectua experimentele.

(Fluierul)