Po daugiau nei 50 metų pasiektas lūžio taškas: pirmą kartą sintezės reakcija sukūrė daugiau energijos nei sugėrė kuro kapsulė - kaip tai pavyko? (76)
Branduolinės sintezės energijos paieškose buvo pasiektas lūžio taškas – pirmą kartą sintezės reakcijos metu buvo pagaminta daugiau energijos, nei buvo sunaudota pačiai reakcijai.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Pirmą kartą sintezės reakcija pasiekė rekordinę 1,3 megadžaulio energijos išeigą – ir pirmą kartą viršijo energiją, reikalingą sintezės reakcijai.
Nors dar yra ką nuveikti, rezultatas yra reikšmingai geresnis nei ankstesnių eksperimentų: energijos sukurta aštuonis kartus daugiau nei eksperimentuose, atliktuose prieš kelis mėnesius, ir 25 kartus daugiau nei eksperimentuose, atliktuose 2018 m. Tai didžiulis pasiekimas.
Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos (LLNL) Nacionalinės uždegimo įstaigos (NIF) fizikai pateiks darbą tarpusavio peržiūrai.
„Šis rezultatas yra istorinis žingsnis į priekį inercinės izoliacijos sintezės tyrimuose, atveriantis iš esmės naują režimą tyrinėjimui ir mūsų kritinių nacionalinio saugumo misijų pažangai. Tai taip pat liudija apie šios komandos ir visų šios srities tyrėjų, dirbusių dešimtmečius ir atkakliai siekusių šio tikslo, taikytas naujoves, išradingumą, įsipareigojimą ir kruopštumą“, – sakė LLNL direktorius Kimas Budilas.
„Man tai parodo vieną iš svarbiausių nacionalinių laboratorijų vaidmenų – mūsų nenumaldomą įsipareigojimą įveikti didžiausius ir svarbiausius mokslinius iššūkius ir rasti sprendimus ten, kur kitus gali atgrasyti kliūtys.“
Inercinės izoliacijos sintezė – tai kažkas panašaus į mažos žvaigždės sukūrimą. Ji prasideda nuo kuro kapsulės, susidedančios iš deuterio ir tričio – sunkesnių vandenilio izotopų. Ši kuro kapsulė įdedama į tuščiavidurę, maždaug pieštuko trintuko dydžio, auksinę kamerą, vadinamą hohlraumu (nespecifinis vokiškas žodis, reiškiantis „tuščiavidurė erdvė“ arba „ertmė“, aut. pastaba).
Tada 192 didelės galios lazerio spinduliai šauna į hohlraumą, kur jie paverčiami rentgeno spinduliais. Šie rentgeno spinduliai šauna į kuro kapsulę, įkaitindami ir suspausdami ją sąlygomis, panašiomis į esančias žvaigždės centre – temperatūra viršija 100 milijonų °C ir slėgis didesnis nei 100 milijardų Žemės atmosferų – paversdami kuro kapsulę mažyte plazmos dėmele.
Taip pat kaip vandenilis susilieja į sunkesnius elementus pagrindinės sekos žvaigždės šerdyje, taip deuteris ir tritis kuro kapsulėje. Visas procesas įvyksta vos per kelias milijardines sekundės dalis. Tikslas yra pasiekti užsidegimą – tašką, kuriame sintezės proceso metu gaunama energija viršija bendras energijos sąnaudas.
Eksperimentas, atliktas rugpjūčio 8 d., vos nepasiekė šios žymos – lazerių įvestis buvo 1,9 megadžaulio. Tačiau tai vis tiek nepaprastai įdomu, nes, remiantis komandos matavimais, kuro kapsulė sugėrė penkis kartus mažiau energijos nei susidarė sintezės procese.
Tai, pasak komandos, yra kruopštaus darbo, tobulinant eksperimentą, rezultatas, įskaitant hohlraumo ir kapsulės dizainą, patobulintą lazerio tikslumą, naujus diagnostikos įrankius ir dizaino pakeitimus, siekiant padidinti kapsulės sprogimo greitį, kuris perneša daugiau energijos į plazmos tašką, kuriame vyksta sintezė.
„Eksperimentinė prieiga prie termobranduolinio uždegimo laboratorijoje yra mokslinio ir technologinio darbo, besitęsiančio beveik 50 metų, kulminacija“, – sakė Los Alamos nacionalinės laboratorijos direktorius Thomas Masonas.
„Tai leidžia atlikti eksperimentus, kurie griežčiau nei bet kada anksčiau patikrins teoriją ir modeliavimą didelio energijos tankio režimu ir leis pasiekti esminių taikomojo mokslo ir inžinerijos pasiekimų.“
Komanda planuoja atlikti tolesnius eksperimentus, siekdama išsiaiškinti, ar jie gali pakartoti savo rezultatą, ir išsamiau ištirti procesą. Rezultatas taip pat atveria naujas galimybes eksperimentiniams tyrimams.
Fizikai taip pat tikisi išsiaiškinti, kaip dar labiau padidinti energijos vartojimo efektyvumą. Daug energijos prarandama, kai lazerio šviesa paverčiama rentgeno spinduliais hohlraumo viduje. Didelė lazerio šviesos dalis naudojama hohlraumo sienelių šildymui. Šios problemos sprendimas žengs dar vieną reikšmingą žingsnį arčiau sintezės energijos.
Tačiau mokslininkai yra nepaprastai susijaudinę.
„Uždegimas laboratorijoje tebėra vienas iš didžiausių šios eros mokslo iššūkių, o šis rezultatas yra svarbus žingsnis į priekį siekiant šio tikslo“, – sakė fizikas Johanas Frenje iš MIT plazmos mokslo ir sintezės centro.
„Rezultatas yra istorinis, nes jis yra daugelio dešimtmečių sunkaus darbo, naujovių ir išradingumo, didelio masto komandinio darbo ir nenumaldomo susitelkimo į galutinį tikslą kulminacija.“
Komanda pristatė savo rezultatus 63-ajame APS plazmos fizikos skyriaus metiniame susirinkime.
