Első ízben erősítették meg egy nukleáris fúzió kísérletben a gyulladást

A Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban található Nemzeti Gyújtó Létesítmény.

Egy 2021-es kísérlet elérte a nukleáris gyulladás mérföldkövét, amit az adatok elemzése most megerősített – de a tavalyi év során nem sikerült megismételni a gyulladást.

Egy analízis megerősítette, hogy egy 2021-es kísérlet elég energikus fúziós reakciót hozott létre ahhoz, hogy önfenntartó legyen, ami egy lépéssel közelebb hozza hogy energiaforrásként legyen használható.

A fúziós gyújtás 2021 augusztus 8-án történt Kaliforniában a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium Nemzeti Gyulladási Létesítményében (the Lawrence Livermore National Laboratory's National Ignition Facility: NIF), de a NIF kutatók azóta nem voltak képesek megismételni ezt a mérföldkőnek számító eredményt. A tavalyi évet a gyújtást létrehozó kísérleti körülmények elemzésével töltötték, hogy megállapítsák hogyan hozzák létre újra a gyújtást.

A kísérletben a világ legerősebb lézereiből 192 ütközött egy milliméter méretű hidrogénnel töltött kapszulával. Ez a kapszulát plazmává változtatta, ami gyorsan a Nap felszínénél körülbelül 18.000-szer forróbb és a Föld atmoszférájánál több mint 100 milliószor nagyobb nyomású kis gömbbé omlott össze.

Ilyen szélsőséges körülmények között a hitdrogén atomok fúzionáltak és 1.3 MJ energia szabadult fel – ez megegyezik 10 kvadrillió watt energiával 100 trilliomod másodpercen át.

Az új analízis azt mutatja, hogy a kísérlet közelebb hozta a létesítményt ahhoz a fajta fúzióhoz is, amit végül energiaforrásként lehet használni azzal, hogy kielégíti az gyújtást illetően az úgynevezett Lawson kritériumot, ami kimondja, hogy a fúzió fűtésének elég magasnak kell lenni ahhoz, hogy leküzdjön minden fizikai folyamatot, ami hűtheti a plazmát.

Ez volt az első eset, hogy teljesítették a Lawson kritériumot a laboratóriumban.

Sam Wurzel az Amerika Egyesült Államok Energia Minisztériumának munkatársa azt mondja, hogy a kritérium teljesítése a gyulladás kulcsfontosságú bizonyítéka és egy olyan eredmény, ami valószínűleg gyorsítani fogja a fúziós tudomány kutatását és fejlesztését nemzetbiztonság és az energia felhasználás számára.

A Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban található Nemzeti Gyújtó Létesítmény. Forrás: https://www.newscientist.com/article/2333346-ignition-confirmed-in-a-nuclear-fusion-experiment-for-the-first-time/

A Lawson kritérium, amit John Lawson fogalmazott meg 1955-ben, számításba veszi a változókat mint például a plazma sűrűsége és hogy milyen hosszú ideig kell bezárva lennie a plazmának, hogy hosszantartó reakciót hozzon létre. Így egy úgynevezett. szaporodó gyulladás jön létre: a fúzió több fúziót idéz elő, ami több fúziót idéz elő, ami több fúziót idéz elő.

Az elemzés a Lawson kritérium 9 különböző verziója ellenében elemezte a kísérleti adatokat, mind a 9 változat azt írja elő, hogy a különböző méréssorozatoknak hogyan kell egymáshoz kapcsolódniuk az gyulladás során. A gyújtás mind a 9 változatnak megfelelt, leküzdve a reakció hűtésre és leállásra való természetes hajlamát. Ha a reakció nem ilyen módon lett volna önfűtött, az energiahozam sokkal kisebb lett volna.

2021 augusztusa óta a NIF kutatók 4 hasonló kísérletet hajtottak végre, ami az energiahozam rekord értékének 2/3-át is létrehozta, de nem értek el gyulladást.

A kísérlet nagyon érzékeny a kis változásokra, mint az alig érzékelhető különbségek a hidrogén kapszulák anyagszerkezetében, vagy a kis variációk a lézerek intenzitásában. Ha egy mikroszkopikusan rossz kezdőpontból indul az ember, a végső energiahozamban sokkal nagyobb lesz az eltérés.

Az augusztus 8-i kísérlet volt a legjobb eset forgatókönyve. Az elemzések során megállapították, hogy még a kapszulát hidrogénnel megtöltő chia magnál kisebb parányi tubusok mérete, is nagy változást okoz, mint ahogy az is, hogy a hidrogén atomok hogyan rendeződnek el benne.

Ha megbízhatóan és ismétlődően elérnék az gyújtást a NIF-nél, az jelentős volna, de még egy akadály marad, mielőtt a fúzió alapú erőmű egy valóságos lehetőséggé válik. A gyulladás után produkált energia mennyiségnek akkorának, vagy nagyobbnak kell lennie, mint amekkora energiát a lézerek beletesznek. Az augusztus 8-i kísérlet az útnak kb. 72%-át tette meg. A kereskedelmi energia célokra a fúziós reakciónak több mint 100-szor annyi energiát kellene termelnie, mint amennyi a hevítéshez szükséges. Erre pedig még lehet, hogy sok évet kell várni.

(Forrás: New Scientist: https://www.newscientist.com/)