Prima reacție de fuziune nucleară care a generat mai multă energie decât a consumat!

O piatră de hotar majoră a fost depășită în căutarea energiei din fuziunea nucleară.

Pentru prima dată, o reacție de fuziune nucleară a generat o energie record de 1,3 megajoule, depășind energia absorbită de combustibilul folosit pentru declanșarea acesteia.

Rezultatul reprezintă o creştere semnificativă a energiei generate în comparaţie cu experimentele anterioare: de 8 ori mai mare decât în experimentele efectuate cu doar câteva luni în urmă și de 25 de ori mai mare decât în experimentele efectuate în 2018.

Fizicienii de la National Ignition Facility din cadrul Lawrence Livermore National Laboratory, SUA, vor prezenta, pentru evaluare, rezultatele obţinute într-o lucrare destinată comunităţii ştiinţifice.

„Acest rezultat este un istoric pas înainte pentru cercetarea fuziunii nucleare în confinarea inerțială, deschizând un regim fundamental nou pentru explorare. Este, de asemenea, o dovadă a inovației, ingeniozității, angajamentului și seriozității acestei echipe și a multor cercetători din acest domeniu de-a lungul deceniilor şi care au urmărit cu fermitate acest obiectiv.

Pentru mine acest lucru demonstrează unul dintre cele mai importante roluri ale laboratoarelor naționale de cercetare, angajamentul nostru neobosit de a aborda cele mai mari și mai importante provocări științifice și de a găsi soluții acolo unde alții ar putea fi descurajați de obstacole”, a declarat Kim Budil, directorul Lawrence Livermore National Laboratory

Fuziunea nucleară prin confinare inerțială implică crearea a ceva similar unei stele în miniatură.

Totul începe cu o capsulă de combustibil, constând din deuteriu și tritiu (izotopi mai grei ai hidrogenului). Această capsulă de combustibil este plasată într-o cameră de fuziune (hohlraum) din aur de mărimea unei radiere de creion.

Ulterior, cameră de fuziune este bombardată de 192 de fascicule laser de mare putere care sunt transformate în radiaţii (raze) X. Aceste raze X produc implozia capsulei de combustibil, încălzind-o și comprimând-o în condiții comparabile cu cele din centrul unei stele, la temperaturi de peste 100 de milioane de grade Celsius și presiuni mai mari de 100 de miliarde de atmosfere terestre.

Rezultatul este transformarea combustibilului din capsulă în plasmă.

National Ignition Facility. Credit: LLNL/Damien Jemison

La fel cum hidrogenul fuzionează în elemente mai grele în inima unei stele din secvența principală, la fel se întâmplă şi în cazul deuteriului și tritiului din capsula de combustibil. Întregul proces are loc în doar câteva miliardimi de secundă.

Scopul este ca energia generată de procesul de fuziune să depășesca energia consumată pentru aprinderea combustibilului.

În experimentul din 8 august energia laserelor a fost de 1,9 megajoul. Acesta a fost, de asemenea, un rezultat extraordinar, deoarece, conform măsurătorilor, capsula de combustibil a absorbit de 5 ori mai puțină energie decât a generat în procesul de fuziune.

Noul rezultat, afirmă cercetătorii, este rezultatul muncii minuțioase de rafinare a experimentului, inclusiv prin reproiectarea camerei de fuziune, a capsulei de combustibil şi creşterea preciziei laserului.

S-au utilizat noi instrumente de diagnosticare și au fost introduse modificări de design pentru a crește viteza de implozie a capsulei, astfel încât o cantitate mai mare de energie să fie direcţionată către punctul fierbinte al plasmei în care are loc fuziunea.

„Declanşarea fuziunii termonucleare în laborator este punctul culminant al unor decenii de cercetare ştiinţifică și progrese tehnologice care însumează aproape 50 de ani.

Acest lucru va permite efectuarea unor experimente, care vor verifica teoria și simulările în regimul de înaltă densitate de energie, mai precise ca niciodată și care vor permite progrese fundamentale în știința aplicată și inginerie”, a declarat Thomas Mason, directorul Los Alamos National Laboratory

Fizicienii vor efectua şi alte experimente pentru a verifica dacă pot reproduce rezultatul și pentru a studia procesul mai detaliat.

Rezultatul obținut deschide, de asemenea, noi direcţii pentru cercetarea experimentală.

Fizicienii speră să descopere cum să crească în continuare eficiența energetică. Încă se pierde multă energie atunci când laserele sunt convertite în raze X în interiorul camerei de fuziune, deoarece o mare parte din energia laserelor se pierde prin încălzirea pereților camerei de fuziune.

Rezolvarea acestei probleme ne va duce cu un alt pas semnificativ mai aproape de energia de fuziune.

Între timp, cercetătorii sunt extrem de încântați.

„Aprinderea plasmei de fuziune în laborator rămâne una dintre marile provocări științifice ale acestei ere și acest rezultat este un important pas înainte spre atingerea acestui obiectiv.

Rezultatul permite, de asemenea, explorarea unui nou regim fundamental, care este extrem de dificil de obţinut experimental, aprofundând înțelegerea proceselor de aprindere a plasmei și menţinerea reacţiei de fuziune. Acesta este esențial pentru validarea și îmbunătățirea instrumentelor noastre de simulare.

În plus, rezultatul este istoric, deoarece reprezintă punctul culminant al multor decenii de muncă asiduă, inovație, ingeniozitate, lucru în echipă pe scară largă și concentrare neobosită asupra scopului final”, a declarat fizicianul Johan Frenje din cadrul Plasma Science and Fusion Center al MIT.

Echipa și-a prezentat rezultatele la cea de-a 63-a întâlnire anuală a APS Division of Plasma Physics.

Traducere după Finally, a Fusion Reaction Has Generated More Energy Than Absorbed by The Fuel