Важная веха в области ядерного синтеза достигнута, когда в лаборатории произошло «возгорание»

Важнаявехавобластиядерногосинтезадостигнутакогдавлабораториипроизошловозгорание
nuclear fusion
Кредит: CC0 Public Domain

Воспламенение – это ключевой процесс, который увеличивает выход энергии от ядерной энергии. термоядерный синтез и мог бы обеспечить чистую энергию и ответить на некоторые огромные вопросы физики.

Новый эксперимент, кажется, впервые вызвал возгорание в Национальном центре зажигания (NIF) Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в США, воссоздавая и давления в центре Солнца.

Это произвело больше энергии, чем любой предыдущий термоядерный синтез с инерционным удержанием эксперимент и доказывает, что воспламенение возможно, открывая путь для реакций, которые производят больше энергии, чем им необходимо для начала.

Физики Имперского колледжа Лондона уже помогают анализировать данные успешного эксперимента, который был проведен 8 августа 2021. Imperial также выпустила более 50 докторов философии. студенты, которые продолжили работать в НИФ. Колледж поддерживает прочные связи с центром и другими организациями по всему миру через Центр исследований инерционного синтеза (CIFS).

Моментальный шаг вперед

Со-директор Центра исследований инерционного термоядерного синтеза в Imperial, профессор Джереми Читтенден, сказал, что «демонстрация воспламенения была главным научным достижением. сложная задача, поскольку идея была впервые опубликована почти 480 лет назад. основной причиной строительства НИФ и являлась его основной целью более десяти лет “.

” После десяти За годы устойчивого прогресса в демонстрации зажигания результаты экспериментов за последний год были более впечатляющими, поскольку небольшие улучшения в выработке энергии термоядерного синтеза сильно усиливаются процессом зажигания. Темпы улучшения выхода энергии были быстрыми, что наводит на мысль предполагая, что вскоре мы сможем достичь большего количества энергетических вех, таких как превышение энергии, поступающей от лазеров, используемых для запуска процесса ».

«Это имеет решающее значение для открытия возможности получения термоядерной энергии и позволяет физикам исследовать условия в некоторых из самых экстремальных состояний во Вселенной, включая те, которые происходят буквально через несколько минут после Большого взрыва. Управляемый термоядерный синтез в лаборатории – одна из важнейших научных задач этой эпохи, и это важный шаг вперед ».

Со-директор Центра исследований инерционного термоядерного синтеза в Imperial, профессор Стивен Роуз, сказал, что «команда NIF проделала выдающуюся работу. Это наиболее значительный прогресс в инерционном синтезе с момента его появления в 2018. “

«То, что было достигнуто, полностью изменило ландшафт термоядерного синтеза, и теперь мы можем рассчитывать на использование воспламененной плазмы как для научных открытий. и производство энергии. “

Достижение зажигания

Типом ядерной реакции, которая питает нынешние электростанции, является деление – расщепление атомов для высвобождения энергии. Вместо этого синтез заставляет атомы водорода вместе получать энергию, производя большое количество энергии и, что особенно важно, ограниченное количество радиоактивных отходов.

По этой причине десятилетиями искали способ создания эффективных термоядерных реакций для получения с использованием небольшого количества ресурсов. Однако оказалось, что термоядерные реакции трудно контролировать, и на сегодняшний день, ни один термоядерный эксперимент не дал больше en

Хотя последний эксперимент все же потребовал больше энергии, чем он вышел, он первым достиг критической стадии «воспламенения», что позволило произвести значительно больше энергии, чем когда-либо прежде, и прокладывает путь к «безубыточности», когда энергия на входе соответствует энергии на выходе.

В настоящее время исследователи во всем мире пытаются получить термоядерную энергию двумя основными способами. NIF фокусируется на термоядерном синтезе с инерционным удержанием, который использует систему лазеров для нагрева топливных таблеток, производящих плазму – облако заряженных ионов.

Топливные таблетки содержат «тяжелые» версии водорода – дейтерий и тритий, которые легче плавить и производить больше энергии. Однако необходимо нагреть и под давлением до условий в центре Солнца, которое является естественным термоядерным реактором.

Как только эти условия будут достигнуты , реакции синтеза высвобождают несколько частиц, включая «альфа» -частицы, которые взаимодействуют с окружающей плазмой и нагревают ее дальше. Затем нагретая плазма высвобождает больше альфа-частиц и т. Д. В ходе самоподдерживающейся реакции – процесса, называемого воспламенением.

Однако этот процесс никогда не был полностью реализован раньше – до сих пор. Результаты эксперимента 8 августа показывают, что выходная энергия превышает один мегаджоуль, что соответствует пороговому значению, согласованному для начала «воспламенения», и в шесть раз больше, чем предыдущая самая высокая достигнутая энергия

Артур Террелл, из Департамента физики Imperial, автор недавно опубликованной книги Звездные строители: ядерный синтез и гонка за власть на планете , сказал что «Этот феноменальный прорыв удивительно приближает нас к демонстрации« чистого прироста энергии »в результате термоядерных реакций – именно тогда, когда это необходимо планете»

«Команда Национального центра зажигания и их партнеры по всему миру заслуживают всяческих похвал за преодоление некоторых из самых страшных научных и инженерных проблем, с которыми когда-либо сталкивалось человечество. Достигнутое исключительное высвобождение энергии будет поощрять усилия по ядерному синтезу во всем мире , ле придание импульса тенденции, которая уже развивалась. “

Неизведанная местность

Профессор Читтенден сказал, что «хотя NIF – это в первую очередь физический эксперимент и не имеет главной цели создания термоядерной энергии, этот невероятный результат означает, что эта мечта ближе к реальности. Теперь мы доказали, что воспламенение возможно, и вдохновили другие лаборатории и стартапы по всему миру, работающие над производством термоядерной энергии, попытаться реализовать те же условия, используя более простой, надежный и, прежде всего, более дешевый метод ».

Команда Империи сейчас анализирует результаты эксперимента, используя диагностические методы, которые они создали, чтобы понять, что происходит в таком Экстремальные условия. Доктор Брайан Аппельбе, научный сотрудник Центра исследований инерционного термоядерного синтеза в Imperial, сказал, что «лазеры NIF уже создали самые экстремальные условия на Земле, но новый эксперимент, похоже, удвоил предыдущую достигнутую температуру. Мы вошли в режим, в котором раньше никогда не были – это неизведанная территория в нашем понимании плазмы ».

Д-р Эйдан Крилли, научный сотрудник Центра исследований инерционного термоядерного синтеза в Imperial, добавил, что «воспроизведение условий в центре Солнца позволит нам изучать состояния материи, которые мы никогда раньше не могли создать в лаборатории. , в том числе обнаруженные в звездах и сверхновых ».

« Мы могли бы также получить представление о квантовых состояниях материи и даже условия все ближе и ближе к началу Большого взрыва – чем горячее мы становимся, тем ближе мы подходим к самому первому состоянию Вселенной ».