V srpnu 2022, když tým vědců z National Ignition Facility (NIF) Lawrence Livermore National Lab (LLNL) vypálil výstřel, který dosáhl výtěžku 1,35 megajoulů (MJ) fúzní energie s 1,9 MJ laserové energie, šlo o dlouho-očekávaný vědecký průlom signalizující fúzní signál.
Později téhož roku během dalšího experimentu inerciální fúze (aka laser-řízené fúze) vědci dosáhli výtěžku 3,15 MJ fúzní energie s 2,05 MJ laserové energie a dosáhli zážehu. Byla to termonukleární fúzní reakce vytvořená v laboratoři-a odstartovala globální závod o umístění energie z jaderné syntézy -bezuhlíkového laseru- do sítě do 30. nebo 40. let 20. století.
„Byl to zlomový okamžik, když NIF poprvé úspěšně ukázal, že je možná inerciální fúze, a klíčem je mít správný druh paliva-deuteria-tritia-a pomocí laserů jej komprimovat a tavit, aby se vytvořil zisk (více energie, než je vloženo),“ říká Arianna Gleason, vědecká pracovnice a zástupkyně ředitele divize High Energy Density Science's SLAC. "Je to jako udržet palivo hvězdy-jen na zlomek sekundy v laboratoři."
V srpnu 2022, když tým vědců z National Ignition Facility (NIF) Lawrence Livermore National Lab (LLNL) vypálil výstřel, který dosáhl výtěžku 1,35 megajoulů (MJ) fúzní energie s 1,9 MJ laserové energie, šlo o dlouho-očekávaný vědecký průlom signalizující fúzní signál.
Později téhož roku během dalšího experimentu inerciální fúze (aka laser-řízené fúze) vědci dosáhli výtěžku 3,15 MJ fúzní energie s 2,05 MJ laserové energie a dosáhli zážehu. Byla to termonukleární fúzní reakce vytvořená v laboratoři-a odstartovala globální závod o umístění energie z jaderné syntézy -bezuhlíkového laseru- do sítě do 30. nebo 40. let 20. století.
„Byl to zlomový okamžik, když NIF poprvé úspěšně ukázal, že je možná inerciální fúze, a klíčem je mít správný druh paliva-deuteria-tritia-a pomocí laserů jej komprimovat a tavit, aby se vytvořil zisk (více energie, než je vloženo),“ říká Arianna Gleason, vědecká pracovnice a zástupkyně ředitele divize High Energy Density Science's SLAC. "Je to jako udržet palivo hvězdy-jen na zlomek sekundy v laboratoři."
Laserová architektura postupuje pro fúzi
NIF byla postavena v 90. letech 20. století a obsahuje laserovou technologii té doby. "Teď stavíme lasery mnohem efektivněji než v 90. letech. Naše technologie pokročila do bodu, kdy můžeme mít vysoce účinné lasery s opakovací frekvencí, kterou potřebujeme pro fúzi-mnoha výstřelů za sekundu," říká Glenzer. "Zajímavé je, že mikročipy uvnitř iPhonů jsou vyráběny laserovou technologií, která ve skutečnosti vzešla z programu laserové fúze. Byl to první komerční úspěch laserové fúze."
V rámci komunity zabývající se fúzí se laserová technologie pomalu vzdaluje od starších architektur, které fungovaly v minulosti-lasery založené na výbojkách{1}}pumpovaném nebo výbojkovém-byly „velmi silný dříč,“ říká Gleason. "Potřebujeme ale účinnější, takže používáme diodové-pumpované pevnolátkové-lasery (DPSSL)."
To znamená, že dodavatelský řetězec pro lasery DPSSL musí být vybudován, protože každý se při požadovaných testech pohybuje směrem ke standardní laserové platformě IFE. „Vláknové-lasery jsou jednou z metod přesunu světla z jednoho místa na druhé, kterou používají všudypřítomné telekomunikace, ale jak se komunita zabývající se fúzí snaží využít současnou generaci laserových architektur a stavíme větší lasery, musíme si více všímat toho, jak se věci ochlazují. Je to inovační prostor pro společnosti,“ říká Gleason.
Excimerové lasery využívají plyn jako médium a „mají silnou historii s ministerstvem obrany (DoD) pro řízené-energetické zbraně,“ říká Gleason. "Je to také základ pro koncept fúze. Velký pokrok je dosahován s excimerovými lasery, které stojí na desetiletích fyziky a studií. Děláme pokroky, abychom měli tak výkonný laser-možná s menším půdorysem nebo s lepší účinností. Jak chladíte tak velkou laserovou strukturu? To jsou místa, kde mohou soukromé společnosti vyvinout svou vlastní tajnou omáčku."
Fúzní náboje STARFIRE a RISE
Fúzní centrum STARFIRE vede LLNL a SLAC za účelem komercializace laserové-energie fúze. Zaměřuje se na návrhy cílů s vysokým{2}}ziskem, cílovou výrobu a DPSSL. Mezi členy patří MIT; Kalifornská univerzita, Berkeley; Kalifornská univerzita, Los Angeles; Kalifornská univerzita, San Diego; University of Oklahoma; University of Rochester; Texas A&M; Fraunhoferův institut pro laserovou technologii; nadace Livermore Lab Foundation; Národní laboratoř Oak Ridge; Národní laboratoř Savannah River; Focused Energy Inc.; General Atomics; Leonardo Electronics USA; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; a Xcimer Energy Corp.
Tým má přístup k laserovým laboratořím v SLAC, takže má příležitost používat Linac Coherent Light Source (LCLS), jediný rentgenový bezplatný-elektronový laser (XFEL) v USA, ke zkoumání a dotazování materiálů kapslí nebo fúzního paliva. Pracuje na frekvenci 120 Hz, ale brzy bude fungovat v megahertzích.
„Při našich experimentech na SLAC používáme dva lasery najednou. Dlouhý-pulzní laser vhání do vzorku rázové vlny a my jej pak sondujeme pomocí LCLS, abychom zjistili, co se děje v nejmenších délkách a časech, abychom zlepšili naše fyzikální modely,“ říká Gleason. "Potřebujeme porovnat jablka s jablky, abychom porovnali, zda je náš fyzikální model správný. Podporuje nejen to, co národní laboratoře potřebují, ale také soukromým společnostem poskytuje způsob, jak předvídat, zda část jejich konceptu bude fungovat nebo ne (například jak simulují své cílové zapojení). A tato kritická data jim poskytujeme využitím našeho přístupu k různým laserovým a přístrojovým platformám."
Další centrum, RISE, je řízeno SLAC a Colorado State University a zahrnuje odborníky z Cornell University, University of Illinois, Texas A&M, Los Alamos National Laboratory, Naval Research Laboratory a soukromých společností -Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion a General Atomics-k různým přístupům k práci s laserovým ovladačem.
"Všichni mají důvěryhodný přístup," říká Glenzer. "Ale není to tak, že by se jedna společnost snažila vše uskutečnit-toto je komunita a celostátní centrum fúze. Výzkumníci se snaží posouvat technologie a učíme se jeden od druhého, abychom do 30. let 20. století zaplnili mezery ve výzkumu a technologiích."
Glenzer často dostává od investorů otázku, kterou fúzní společnost má podpořit. "Některé laserové společnosti mohou vydělat peníze mnohem dříve dodáním laserů k sestřelení dronů v obranném prostoru," říká. "Ale investorům se tento nápad ve skutečnosti nelíbí, protože chtějí trh, který slouží pouze fúzi a elektřině. Ve skutečnosti chtějí, aby tyto společnosti prováděly fúzi, aby mohly prodávat elektřinu. Je opravdu zajímavé, jak se soustředí na uskutečnění fúze."
Komunita zabývající se jadernou syntézou si „velmi dobře uvědomuje požadavky dodavatelského řetězce na společnosti zabývající se jadernou syntézou, aby měly zdroje nejen na sestavení svých plánů demo pilotních projektů, ale také na dlouhodobou-flotu reaktorů,“ říká Gleason. "Je to mnohostranný přístup, pokud jde o to, kde můžeme získávat suroviny a poté vyrobené komponenty v USA, abychom vytvořili domácí dodavatelský řetězec. To je klíčové."
30. nebo 40. léta 20. století pro pilotní fúzní zařízení?
Veřejno-soukromá partnerství a financování jsou zásadní pro to, abychom se ve 30. letech 20. století ještě přiblížili uvedení laserové-fúze do sítě.
„Naší úlohou je především podporovat a omezovat kritickou technologii, kterou fúzní průmysl / soukromé společnosti potřebují,“ říká Gleason. "Některé společnosti však říkají, že očekávají, že to bude během 30. let 20. století."
Americké ministerstvo energetiky si stanovilo cíl do 30. let 20. století. „Znamená to, že chceme odstranit všechny technologické a výzkumné technologické mezery, některé do poloviny 30. let 20. století, a poté postavit pilotní závod,“ říká Glenzer. "Skutečně záleží na tom, kolik peněz se investuje, ale je reálné očekávat pilotní závod koncem 30. nebo začátkem 40. let 20. století."
