Цього досягли вчені Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL). злиття запалювання і енергія беззбитковість. На 5th У грудні 2022 року дослідницька група провела контрольований термоядерний експеримент із використанням лазерів, коли 192 лазерні промені доставили понад 2 мільйони джоулів ультрафіолетової енергії до крихітної паливної гранули в кріогенній цільовій камері та досягли енергетичної беззбитковості, тобто експеримент із термоядерного синтезу виробляв більше енергії, ніж забезпечується лазером для його керування. Цей прорив був досягнутий вперше в історії після десятиліть наполегливої праці. Це віха в науці, яка має суттєві наслідки для перспектив використання чистої термоядерної енергії в майбутньому до економіки з нульовим чистим викидом вуглецю, для боротьби зі зміною клімату та для підтримки ядерного стримування без використання ядерних випробувань для національної оборони. Раніше, 8thУ серпні 2021 року дослідницька група досягла порогу термоядерного запалювання. Експеримент виробив більше енергії, ніж будь-який інший попередній експеримент термоядерного синтезу, але енергетичної беззбитковості досягти не вдалося. Останній експеримент, проведений 5th Грудень 2022 року здійснив подвиг енергетичної беззбитковості, тим самим забезпечивши доказ концепції того, що керований ядерний синтез можна використовувати для задоволення енергетичних потреб, хоча практичне комерційне застосування термоядерної енергії може бути ще дуже далеким.
Ядерний Реакції дають велику кількість енергії, еквівалентну кількості втраченої маси, згідно з рівнянням масо-енергетичної симетрії E=MC2 Ейнштейна. Реакції поділу, що включають розпад ядер ядерного палива (радіоактивних елементів, таких як уран-235), в даний час використовуються в ядерних реакторах для виробництва енергії. Проте реактори, засновані на ядерному поділі, створюють високі ризики для людини та навколишнього середовища, як це видно у випадку з Чорнобилем, і сумно відомі тим, що утворюють небезпечні радіоактивні відходи з дуже довгим періодом напіврозпаду, які надзвичайно важко утилізувати.
У природі зірки, як наше сонце, ядерний синтез Механізм утворення енергії полягає в злитті менших ядер водню. Ядерний синтез, на відміну від ядерного поділу, потребує надзвичайно високої температури та тиску, щоб забезпечити злиття ядер. Ця вимога надзвичайно високої температури та тиску задовольняється в ядрі Сонця, де злиття ядер водню є ключовим механізмом генерації енергії, але відтворити ці екстремальні умови на Землі поки що неможливо в контрольованих лабораторних умовах, і, як наслідок, реактори ядерного синтезу ще не є реальністю. (Неконтрольований термоядерний синтез при екстремальних температурі та тиску, створених запуском пристрою поділу, є принципом, що лежить в основі водневої зброї).
Ще в 1926 році Артур Еддінгтон першим припустив, що зірки отримують свою енергію від синтезу водню в гелій. Перша пряма демонстрація ядерного синтезу відбулася в лабораторії в 1934 році, коли Резерфорд продемонстрував злиття дейтерію в гелій і спостерігав, як під час цього процесу «був створений величезний ефект». Зважаючи на його величезний потенціал у забезпеченні необмеженої кількості чистої енергії, вчені та інженери з усього світу докладали спільних зусиль, щоб відтворити ядерний синтез на Землі, але це було складним завданням.
При екстремальних температурах електрони відокремлюються від ядер, і атоми стають іонізованим газом, що складається з позитивних ядер і негативних електронів, те, що ми називаємо плазмою, яка в мільйонну частку менша за щільність повітря. Це робить злиття середовище дуже слабке. Щоб ядерний синтез відбувався в такому середовищі (яке могло б дати значну кількість енергії), повинні бути виконані три умови; повинна бути дуже висока температура (що може спровокувати зіткнення з високою енергією), повинна бути достатня щільність плазми (щоб збільшити ймовірність зіткнень), а плазма (яка має схильність до розширення) повинна бути обмежена протягом достатнього періоду часу, щоб увімкнути злиття. Це робить розробку інфраструктури та технологій для утримання та контролю гарячої плазми ключовим напрямком. Сильні магнітні поля можна використовувати для боротьби з плазмою, як у випадку з Токамаком ITER. Інерційне утримання плазми є ще одним підходом, у якому капсули, наповнені важкими ізотопами водню, розбиваються за допомогою лазерних променів високої енергії.
Дослідження синтезу, проведені на Лоренс Ліверморська національна лабораторія (LLNL) NIF використовувала методи імплозії з лазерним керуванням (інерційний термоядерний синтез). По суті, капсули міліметрового розміру, наповнені дейтерієм і тритієм, розбивали за допомогою потужних лазерів, які генерували рентгенівські промені. Капсула нагрівається і перетворюється на плазму. Плазма прискорюється всередину, створюючи умови екстремального тиску та температури, коли паливо в капсулі (атоми дейтерію та тритію) зливається, вивільняючи енергію та кілька частинок, включаючи альфа-частинки. Вивільнені частинки взаємодіють із навколишньою плазмою та нагрівають її далі, що призводить до більшої кількості реакцій термоядерного синтезу та вивільнення більшої кількості «енергії та частинок», таким чином встановлюючи самопідтримуваний ланцюг реакцій термоядерного синтезу (званий «займанням термоядерного синтезу»).
Спільнота дослідників термоядерного синтезу протягом кількох десятиліть намагалася досягти «займання термоядерного синтезу»; самопідтримувана реакція синтезу. 8th У серпні 2021 року команда Лабораторії Лоуренса підійшла до порогу «займання термоядерного синтезу», якого вони досягли 5th Грудень 2022. У цей день контрольований термоядерний запал на Землі став реальністю – досягнута віха в науці!
***
