2022. gada augustā, kad Lorensa Livermoras Nacionālās laboratorijas (LLNL) Nacionālās aizdedzes iekārtas (NIF) zinātnieku komanda izdarīja šāvienu, kas sasniedza 1,35 megadžoulus (MJ) kodolsintēzes enerģijas ar 1,9 MJ lāzera enerģiju, tas bija ilgi gaidīts,{3}}gaidīts zinātniskais sasniegums kodolsintēzes izrāvienā.
Vēlāk tajā pašā gadā citā inerciālās kodolsintēzes (pazīstams arī kā lāzera -vadāmās kodolsintēzes) eksperimenta laikā zinātnieki sasniedza 3,15 MJ kodolsintēzes enerģijas ar 2,05 MJ lāzera enerģiju un sasniedza aizdegšanos. Tā bija kodolsintēzes reakcija, kas tika izveidota laboratorijā,{7}}un tā aizsāka globālu sacensību, lai līdz 2030. gadiem vai 2040. gadiem tīklā ieviestu kodolsintēzes enerģiju, kas nesatur oglekļa-lāzeru-.
"Šis bija pagrieziena punkts, kad NIF pirmo reizi veiksmīgi pierādīja, ka inerciālā kodolsintēze ir iespējama, un galvenais ir pareiza veida degviela -deitērijs-tritijs-, kā arī lāzeru izmantošana, lai to saspiestu un sakausētu, lai radītu pieaugumu (iztērē vairāk enerģijas, nekā tiek ievadīts)," saka Arianna Glīsone, SLAC Zinātnes augstākās nodaļas direktora vietniece. "Tas ir kā zvaigznes degvielas uzturēšana-tikai sekundes daļu laboratorijā."
2022. gada augustā, kad Lorensa Livermoras Nacionālās laboratorijas (LLNL) Nacionālās aizdedzes iekārtas (NIF) zinātnieku komanda izdarīja šāvienu, kas sasniedza 1,35 megadžoulus (MJ) kodolsintēzes enerģijas ar 1,9 MJ lāzera enerģiju, tas bija ilgi gaidīts,{3}}gaidīts zinātniskais sasniegums kodolsintēzes izrāvienā.
Vēlāk tajā pašā gadā citā inerciālās kodolsintēzes (pazīstams arī kā lāzera -vadāmās kodolsintēzes) eksperimenta laikā zinātnieki sasniedza 3,15 MJ kodolsintēzes enerģijas ar 2,05 MJ lāzera enerģiju un sasniedza aizdegšanos. Tā bija kodolsintēzes reakcija, kas tika izveidota laboratorijā,{7}}un tā aizsāka globālu sacensību, lai līdz 2030. gadiem vai 2040. gadiem tīklā ieviestu kodolsintēzes enerģiju, kas nesatur oglekļa-lāzeru-.
"Šis bija pagrieziena punkts, kad NIF pirmo reizi veiksmīgi pierādīja, ka inerciālā kodolsintēze ir iespējama, un galvenais ir pareiza veida degviela -deitērijs-tritijs-, kā arī lāzeru izmantošana, lai to saspiestu un sakausētu, lai radītu pieaugumu (iztērē vairāk enerģijas, nekā tiek ievadīts)," saka Arianna Glīsone, SLAC Zinātnes augstākās nodaļas direktora vietniece. "Tas ir kā zvaigznes degvielas uzturēšana-tikai sekundes daļu laboratorijā."
Lāzera arhitektūra attīstās kodolsintēzes jomā
NIF tika uzbūvēts 1990. gados, un tajā ir tā laika lāzera tehnoloģija. "Šobrīd mēs veidojam lāzerus daudz efektīvāk nekā 1990. gados. Mūsu tehnoloģija ir attīstījusies līdz tādam līmenim, ka varam iegūt ļoti efektīvus lāzerus ar tādu atkārtošanās ātrumu, kāds nepieciešams kodolsintēzes{4}}daudz kadru sekundē," saka Glencers. "Interesanti, ka iPhone tālruņos esošās mikroshēmas tiek ražotas ar lāzertehnoloģiju, kas faktiski iznāca no lāzera kodolsintēzes programmas. Tas bija pirmais lāzera kodolsintēzes komerciālais panākums."
Kodolsintēzes kopienā lāzertehnoloģijas lēnām attālinās no vecākām arhitektūrām, kas darbojās pagātnē-zibspuldzes-uzsūknēšanas vai zibspuldzes{2}}lāzeri bija "ļoti spēcīgs darba zirgs", saka Glīsons. "Taču mums ir vajadzīgi efektīvāki, tāpēc mēs izmantojam diožu{4}}sūknēšanas{5} cietvielu lāzerus (DPSSL)."
Tas nozīmē, ka ir jāizveido DPSSL lāzeru piegādes ķēde, jo visi virzās uz IFE standarta lāzera platformu nepieciešamo testu veikšanai. "Šķiedru-savienotie lāzeri ir viena no metodēm gaismas pārvietošanai no vienas vietas uz citu, un to visur izmanto telekomunikācijas, taču, tā kā kodolsintēzes kopiena cenšas izmantot pašreizējās lāzerarhitektūras paaudzes priekšrocības un mēs veidojam lielākus lāzerus, mums ir vairāk jāpievēršas tam, kā viss tiek atdzesēts. Tā ir inovāciju telpa uzņēmumiem," saka Glīsons.
Eksimerlāzeri izmanto gāzi kā līdzekli, un "ir spēcīga vēsture ar Aizsardzības departamentu (DoD) mērķtiecīgas{0}enerģijas ieroču jomā", saka Glīsons. "Tas ir arī kodolsintēzes koncepcijas pamatā. Liels progress tiek panākts ar eksimēru lāzeriem, kas balstās uz gadu desmitiem ilgušu fiziku un pētījumiem. Mēs gūstam panākumus, lai iegūtu tik jaudīgu lāzeru, -varbūt ar mazāku nospiedumu vai labāku efektivitāti. Kā atdzesēt tik lielu lāzera struktūru? Šīs ir vietas, kur privātie uzņēmumi var izstrādāt savu slepeno mērci."
STARFIRE un RISE kodolsintēzes centri
STARFIRE kodolsintēzes centru vada LLNL kopā ar SLAC, lai komercializētu lāzer{0}}vadāmo kodolsintēzes enerģiju. Tās uzmanības centrā ir liela-ieguves mērķa dizains, mērķa ražošana un DPSSL. Dalībnieku vidū ir MIT; Kalifornijas Universitāte, Bērklija; Kalifornijas Universitāte, Losandželosa; Kalifornijas Universitāte, Sandjego; Oklahomas Universitāte; Ročesteras Universitāte; Texas A&M; Fraunhofera lāzertehnoloģiju institūts; Livermoras laboratorijas fonds; Ouk Ridžas Nacionālā laboratorija; Savannas upes nacionālā laboratorija; Focused Energy Inc.; Vispārējie atomi; Leonardo Electronics ASV; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; un Xcimer Energy Corp.
Komandai ir piekļuve lāzera laboratorijām SLAC, tāpēc viņiem ir iespēja izmantot Linac Coherent Light Source (LCLS), vienīgo rentgena staru nesaturošo-elektronu lāzeru (XFEL) ASV, lai zondētu un pārbaudītu kapsulas materiālus vai kodolsintēzes degvielu. Tas darbojas ar 120 Hz, bet drīzumā darbosies megahercos.
"Mēs savos eksperimentos SLAC izmantojam divus lāzerus vienlaikus. Gars-impulsu lāzers iedzen paraugā triecienviļņus, un pēc tam mēs to pārbaudām ar LCLS, lai redzētu, kas notiek visniecīgākajā garumā un laika skalās, lai uzlabotu mūsu fizikas modeļus," saka Glīsons. "Mums ir jāsalīdzina āboli ar āboliem, lai salīdzinātu, vai mūsu fizikas modelis ir pareizs. Tas ir pamatā ne tikai tam, kas nepieciešams nacionālajām laboratorijām, bet arī sniedz privātiem uzņēmumiem iespēju prognozēt, vai daļa no viņu koncepcijas darbosies vai nē (piemēram, kā viņi simulē savu mērķa iesaisti). Un mēs sniedzam viņiem šos svarīgos datus, izmantojot mūsu piekļuvi dažādām lāzeru un instrumentu platformām."
Vēl vienu centru — RISE vada SLAC un Kolorādo štata universitāte, un tajā ir iesaistīti eksperti no Kornela Universitātes, Ilinoisas Universitātes Teksasas A&M, Losalamos Nacionālās laboratorijas, Jūras spēku pētniecības laboratorijas un privātiem uzņēmumiem-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion un General Atomics}}pieejām lāzera draiverim{{2}.
"Visiem ir uzticama pieeja," saka Glenzers. "Taču nav tā, ka viens uzņēmums cenšas to visu īstenot{1}}, šī ir kopiena un valsts mēroga kodolsintēzes centrs. Pētnieki cenšas attīstīt tehnoloģijas, un mēs viens no otra mācāmies, lai līdz 2030. gadiem mēģinātu novērst pētniecības un tehnoloģiju nepilnības."
Investori Glenzeram bieži jautā, kuru kodolsintēzes uzņēmumu atbalstīt. "Daži lāzeru uzņēmumi var nopelnīt naudu daudz agrāk, piegādājot lāzerus, lai notriektu dronus aizsardzības telpā," viņš saka. "Bet investoriem šī ideja īsti nepatīk, jo viņi vēlas tirgu, kas apkalpo tikai kodolsintēzi un elektroenerģiju. Viņi patiesībā vēlas, lai šie uzņēmumi ražotu kodolsintēzi, lai varētu pārdot elektroenerģiju. Tas ir patiešām interesanti, cik viņi koncentrējas uz kodolsintēzes rašanos."
Kodolsintēzes kopiena "ļoti apzinās piegādes ķēdes prasības kodolsintēzes uzņēmumiem, lai tiem būtu resursi ne tikai demonstrācijas izmēģinājuma plānu izstrādei, bet arī ilgtermiņa reaktoru parkam," saka Glīsons. "Tā ir daudzpusīga pieeja attiecībā uz to, kur mēs varam iegūt izejvielas un pēc tam ražotās sastāvdaļas visā ASV, lai izveidotu vietējo piegādes ķēdi. Tas ir galvenais."
2030. vai 2040. gadi kodolsintēzes izmēģinājuma rūpnīcai?
Publiskā{0}}privātā partnerība un finansējums ir ļoti svarīgi, lai 2030. gados tuvotos lāzera-vadāmās kodolsintēzes ieviešanai tīklā.
"Mūsu uzdevums galvenokārt ir atbalstīt un noniecināt kodolsintēzes nozarei/privātiem uzņēmumiem nepieciešamo kritisko tehnoloģiju," saka Glīsons. "Bet daži uzņēmumi saka, ka viņi sagaida, ka tas notiks 2030. gados."
ASV Enerģētikas departaments izvirzīja mērķi līdz 2030. gadiem. "Tas nozīmē, ka mēs vēlamies novērst visas tehnoloģiju un pētniecības tehnoloģiju nepilnības, dažas no tām līdz 2030. gadu vidum, un pēc tam uzbūvēt izmēģinājuma rūpnīcu," saka Glencers. "Tas tiešām ir atkarīgs no tā, cik daudz naudas tiek ieguldīts, taču ir reāli sagaidīt izmēģinājuma rūpnīcu 2030. gadu beigās vai 2040. gadu sākumā."
