Fusion Breakthrough στο NIF; Ε, Όχι πραγματικά…

Ένα ακούσιο αποτέλεσμα του ομοσπονδιακού τερματισμού λειτουργίας των ΗΠΑ είναι ότι οι χρήσιμοι υπάλληλοι τύπου στα κυβερνητικά εργαστήρια δεν είναι διαθέσιμοι για να παρέχουν έλεγχο πραγματικότητας σε ορισμένες από τις πιο άγριες ιστορίες που μπορούν να πάρουν φωτιά στο Διαδίκτυο. Θα ήταν χρήσιμοι αυτή την εβδομάδα, όταν μια σειρά από πρακτορεία σημείωσαν ένα ρεπορτάζ στον ιστότοπο του BBC News. Η Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια, ανέφερε, είχε περάσει ένα «ορόσημο πυρηνικής σύντηξης». Το NIF χρησιμοποιεί το σύστημα λέιζερ με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο για να συνθλίψει μικροσκοπικά σφαιρίδια που περιέχουν μια μορφή καυσίμου υδρογόνου σε τεράστια θερμοκρασία και πίεση. Ο στόχος είναι να συνενωθούν οι πυρήνες του υδρογόνου σε άτομα ηλίου, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Η ιστορία του BBC ανέφερε ότι κατά τη διάρκεια ενός πειράματος τον περασμένο μήνα, "η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώθηκε μέσω της αντίδρασης σύντηξης ξεπέρασε την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται από το καύσιμο - η πρώτη φορά που αυτό είχε επιτευχθεί σε οποιαδήποτε εγκατάσταση σύντηξης στον κόσμο". Αυτό προκάλεσε μια βιασύνη από ακόμη πιο διάχυτους τίτλους που διακηρύσσουν την «ανακάλυψη της σύντηξης». Όπως αναμφίβολα θα είχαν πει στους δημοσιογράφους οι υπεύθυνοι Τύπου της NIF, το εν λόγω πείραμα δείχνει σίγουρα σημαντική πρόοδο, αλλά δεν είναι η σημαντική ανακάλυψη που ελπίζουν όλοι.

Ένα σημείωμα που στάλθηκε στις 29 Σεπτεμβρίου σε συνεργαζόμενα εργαστήρια από τον διευθυντή του NIF Ed Moses—το οποίο έχει δει το Science — περιγράφει ένα πυροβολισμό σύντηξης που έλαβε χώρα στις 5:15 π.μ. στις 28 Σεπτεμβρίου. Παρήγαγε νετρόνια 5x10, 75% περισσότερα από οποιαδήποτε προηγούμενη βολή. Τα νετρόνια είναι προϊόν αντιδράσεων σύντηξης, επομένως χρησιμοποιούνται ως μέτρο επιτυχίας.

Για πειράματα σύντηξης, το NIF κατευθύνει 192 ακτίνες λέιζερ από όλες τις κατευθύνσεις στον στόχο σύντηξης σε έναν παλμό που μεταφέρει 1,8 εκατομμύρια joules (MJ) ενέργειας. Το εξωτερικό μέρος του στόχου είναι ένα μικροσκοπικό μεταλλικό κουτί στο μέγεθος μιας γόμας μολυβιού, που ονομάζεται hohlraum, στο κέντρο του οποίου βρίσκεται μια πλαστική σφαίρα μικρότερη από έναν κόκκο πιπεριού που περιέχει κατεψυγμένο καύσιμο σύντηξης - ένα μείγμα των ισοτόπων υδρογόνου δευτερίου και τριτίου. γνωστό ως DT. Οι υπεριώδεις ακτίνες εκτοξεύονται στο hohlraum μέσω οπών σε κάθε άκρο αλλά όχι απευθείας στην κάψουλα καυσίμου. Αντίθετα, χτυπούν τα εσωτερικά τοιχώματα του hohlraum, θερμαίνοντάς το τόσο πολύ που εκπέμπει έναν παλμό ακτίνων Χ. Οι ακτίνες Χ προκαλούν την έκρηξη της πλαστικής κάψουλας, οδηγώντας το καύσιμο προς τα μέσα προς το κέντρο της.

Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, το καύσιμο - συμπιεσμένο σε 100 φορές την πυκνότητα του μολύβδου - θα πυροδοτήσει μια αντίδραση σύντηξης, αλλά η έκρηξη με λέιζερ δεν παρέχει αρκετή ενέργεια για να κάψει όλο το καύσιμο DT. Χρειάζεται λίγη ενέργεια από τις αντιδράσεις σύντηξης για να συνεχιστεί το έγκαυμα. Οι αντιδράσεις σύντηξης DT παράγουν δύο προϊόντα:πυρήνες ηλίου (γνωστά και ως σωματίδια άλφα), που μεταφέρουν το 20% της ενέργειας της αντίδρασης ως κινητική ενέργεια. και τα νετρόνια, που φέρουν τα υπόλοιπα. Για να λειτουργήσει η σύντηξη ως πηγή ενέργειας, τα σωματίδια άλφα πρέπει να θερμαίνουν αποτελεσματικά το καύσιμο για να διατηρηθεί η αντίδραση σε λειτουργία.

Για να επιτευχθεί αυτό, οι ερευνητές του NIF πειραματίστηκαν με το σχήμα του παλμού λέιζερ για να τον κάνουν να παρέχει περισσότερη ισχύ κοντά στην αρχή. Στο σημείωμά του στις 29 Σεπτεμβρίου, ο Μόουζες λέει ότι αυτές οι βελτιώσεις είχαν οδηγήσει σε θέρμανση με σωματίδια άλφα που διπλασίασε την απόδοση ενέργειας - «μια σαφή επίδειξη του μηχανισμού που απαιτείται για την επίτευξη ανάφλεξης», έγραψε. Η ανάφλεξη είναι ο στόχος μιας αυτοσυντηρούμενης, θερμαινόμενης άλφα καύσης σύντηξης που παράγει περισσότερη ενέργεια από το λέιζερ που τοποθετήθηκε. Ο Μωυσής λέει επίσης ότι η ενεργειακή απόδοση (που μεταφέρεται από τα νετρόνια και υπολογίζεται σε 14 kilojoules) ήταν μεγαλύτερη από την ενέργεια των ακτίνων Χ που απορροφήθηκε να ανατινάξει την κάψουλα, ένα ορόσημο που αναφέρεται ως "επιστημονική άνοδος".

«Είναι ένα καλό πείραμα», λέει ο Michael Campbell, πρώην διευθυντής της NIF που τώρα εργάζεται για τη Logos Technologies στο Fairfax της Βιρτζίνια. «Από επιστημονική άποψη, ο στόχος λειτούργησε αρκετά καλά ώστε τα σωματίδια άλφα να θερμάνουν μέρος του καυσίμου». Αλλά ο Campbell ανησυχεί για την υπερπροσπάθεια κάθε βήματος σε αυτό που είναι βέβαιο ότι θα είναι μια μακρά πορεία προς τη σύντηξη ως πηγή ενέργειας. Η ενεργειακή απόδοση στο πείραμα του περασμένου μήνα απέχει ακόμη πολύ από την ανάφλεξη, ο στόχος -που κατοχυρώνεται στο όνομα της NIF- στον οποίο αναμενόταν να φτάσει η εγκατάσταση πριν από ένα χρόνο. Η NIF βρίσκεται πλέον εν μέρει σε μια τριετή καμπάνια για να καταγράψει γιατί αγωνίζεται να επιτύχει αυτόν τον στόχο. "Είναι ένα πρόγραμμα που βασίζεται στην επιστήμη τώρα. Προσπαθούν να εντοπίσουν μερικά από τα εμπόδια για να φτάσουν στην ανάφλεξη", λέει ο Campbell.

Μια απαίτηση για την ανάφλεξη είναι ότι η έξοδος ενέργειας πρέπει να υπερβαίνει την ενέργεια εισόδου από το λέιζερ, δηλαδή ότι το κέρδος (έξοδος διαιρούμενο με την είσοδο) πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 1. Η είσοδος λέιζερ του NIF 1,8 MJ είναι περίπου η ίδια με την κινητική ενέργεια ενός 2 -το φορτηγό που ταξιδεύει με 160 km/h (100 μίλια/ώρα). Η έξοδος της αντίδρασης - 14 kJ - είναι ισοδύναμη με την κινητική ενέργεια μιας μπάλας του μπέιζμπολ που ταξιδεύει με τη μισή ταχύτητα. Αριθμητικά μιλώντας, το κέρδος είναι 0,0077. Το πείραμα "είναι ένα καλό και απαραίτητο βήμα, αλλά υπάρχει πολύς δρόμος να διανυθεί μέχρι να έχετε ενέργεια για την ανθρωπότητα", λέει ο Campbell.