Вчені з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL) досягли запалювання термоядерного синтезу та досягнення енергетичної беззбитковості. 5 грудня 2022 року дослідницька група провела контрольований експеримент з термоядерного синтезу з використанням лазерів, коли 192 лазерні промені доставили понад 2 мільйони джоулів ультрафіолетової енергії до крихітної паливної таблетки в кріогенній камері-мішені та досягли енергетичної беззбитковості, що означає, що експеримент з термоядерного синтезу виробив більше енергії, ніж забезпечував лазер для його живлення. Цей прорив було досягнуто вперше в історії після десятиліть наполегливої праці. Це віха в науці та має значні наслідки для перспективи чистої енергії термоядерного синтезу в майбутньому, спрямованої на економіку з нульовим вмістом вуглецю, для боротьби зі зміною клімату та для підтримки ядерного стримування без вдавання до ядерних випробувань для національної оборони. Раніше, 8 серпня 2021 року, дослідницька група досягла порогу запалювання термоядерного синтезу. Експеримент виробив більше енергії, ніж будь-який інший попередній експеримент з термоядерного синтезу, але енергетичної беззбитковості не було досягнуто. Останній експеримент, проведений 5 грудня 2022 року, досяг рівня енергетичної беззбитковості, тим самим довівши, що контрольований ядерний синтез може бути використаний для задоволення енергетичних потреб, хоча практичне комерційне застосування енергії синтезу може бути ще дуже віддаленим.
Ядерні реакції дають велику кількість енергії, еквівалентну втраченій масі, згідно з рівнянням симетрії маса-енергія E=MC2 Ейнштейна . Реакції поділу, що включають розпад ядер ядерного палива (радіоактивних елементів, таких як уран-235), наразі використовуються в ядерних реакторах для вироблення енергії. Однак реактори на основі ядерного поділу несуть високі людські та екологічні ризики, як це видно у випадку з Чорнобилем, і відомі тим, що створюють небезпечні радіоактивні відходи з дуже довгим періодом напіврозпаду, які надзвичайно важко утилізувати.
У природі, для зірок, подібних до нашого Сонця, ядерний синтез, що включає злиття менших ядер водню, є механізмом генерації енергії. Ядерний синтез, на відміну від ядерного поділу, вимагає надзвичайно високої температури та тиску, щоб ядра могли злитися. Ця вимога надзвичайно високої температури та тиску задовольняється в ядрі Сонця, де синтез ядер водню є ключовим механізмом генерації енергії, але відтворення цих екстремальних умов на Землі досі не було можливим у контрольованих лабораторних умовах, і в результаті реактори ядерного синтезу ще не є реальністю. (Неконтрольований термоядерний синтез при екстремальній температурі та тиску, що створюється спрацьовуванням 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.
За екстремальних температур електрони відокремлюються від ядер, а атоми перетворюються на іонізований газ, що складається з позитивних ядер та негативних електронів, те, що ми називаємо плазмою, яка в мільйонну частину менша за щільність повітря. Це робить середовище для термоядерного синтезу дуже розрідженим. Для того, щоб ядерний синтез відбувся в такому середовищі (яке може дати значну кількість енергії), повинні бути виконані три умови: має бути дуже висока температура (що може спровокувати зіткнення високої енергії), має бути достатня щільність плазми (щоб збільшити ймовірність зіткнень) і плазма (яка має схильність до розширення) повинна бути утримувана протягом достатнього періоду часу, щоб забезпечити термоядерний синтез. Це робить ключовим завданням розробку інфраструктури та технологій для утримання та контролю гарячої плазми. Для роботи з плазмою можна використовувати сильні магнітні поля, як у випадку з Токамаком ITER. Інерційне утримання плазми – це ще один підхід, при якому капсули, заповнені важкими ізотопами водню, імплодують за допомогою високоенергетичних лазерних променів.
У дослідженнях термоядерного синтезу, проведених у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса (LLNL) при NIF, використовувалися методи лазерної імплозії (інерційно-утримуваний термоядерний синтез). По суті, міліметрові капсули, заповнені дейтерієм та тритієм, імплодували за допомогою потужних лазерів, які генерують рентгенівські промені. Капсула нагрівається та перетворюється на плазму. Плазма прискорюється всередину, створюючи екстремальні умови тиску та температури, коли паливо в капсулі (атоми дейтерію та тритію) зливається, вивільняючи енергію та кілька частинок, включаючи альфа-частинки. Вивільнені частинки взаємодіють з навколишньою плазмою та додатково нагрівають її, що призводить до більшої кількості реакцій синтезу та вивільнення більшої кількості «енергії та частинок», створюючи таким чином самопідтримуваний ланцюг реакцій синтезу (так званий «запалювання термоядерного синтезу»).
Спільнота дослідників термоядерного синтезу вже кілька десятиліть намагається досягти «запалювання термоядерного синтезу»; самопідтримуючої реакції синтезу. 8 серпня 2021 року команда Лабораторії Лоуренса досягла порогу «запалювання термоядерного синтезу», чого вони досягли 5 грудня 2022 року. Цього дня контрольоване запалювання термоядерного синтезу на Землі стало реальністю – досягнуто важливої віхи в науці!
***
 have achieved fusion ignition and energy breakeven. On 5th December 2022....){kind=link}