A Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) tudósai elérték magfúzió gyújtás és energia nullszaldós. 5-énth 2022 decemberében a kutatócsoport irányított fúziós kísérletet végzett lézerek segítségével, amikor 192 lézersugár több mint 2 millió joule UV-energiát juttatott a kriogén célkamrában lévő apró tüzelőanyag-pellethez, és elérte az energiakiegyenlítést, ami azt jelenti, hogy a fúziós kísérlet több energiát termelt, mint a lézer biztosítja a meghajtásához. Ezt az áttörést a történelemben először sikerült több évtizedes kemény munka nyomán elérni. Ez egy mérföldkő a tudományban, és jelentős hatással van a tiszta fúziós energia jövőbeli kilátásaira a nettó nulla szén-dioxid-kibocsátású gazdaság felé, az éghajlatváltozás elleni küzdelemre és a nukleáris elrettentő erő fenntartására anélkül, hogy a honvédelem érdekében nukleáris kísérleteket végeznének. Korábban, 8th2021 augusztusában a kutatócsoport elérte a fúziós gyulladás küszöbét. A kísérlet több energiát termelt, mint bármely más korábbi fúziós kísérlet, de az energiakiegyenlítést nem sikerült elérni. A legutóbbi kísérlet 5-én történtth 2022 decembere teljesítette az energiakiegyenlítés bravúrját, és ezzel bizonyítja, hogy a szabályozott magfúzió felhasználható az energiaszükségletek kielégítésére. A fúziós energia gyakorlati kereskedelmi alkalmazása még nagyon távoli lehet.
Nukleáris A reakciók nagy mennyiségű energiát adnak, amely megegyezik az elvesztett tömeggel, az E=MC tömeg-energia szimmetria egyenlet szerint2 Einsteiné. A nukleáris üzemanyag (radioaktív elemek, például urán-235) atommagjainak lebontásával járó hasadási reakciókat jelenleg az atomreaktorokban alkalmazzák energiatermelésre. A maghasadáson alapuló reaktorok azonban magas emberi és környezeti kockázatot jelentenek, amint az Csernobil esetében is nyilvánvaló, és arról híres, hogy veszélyes, nagyon hosszú felezési idejű radioaktív hulladékokat termelnek, amelyeket rendkívül nehéz ártalmatlanítani.
A természetben a csillagok olyanok, mint a mi napunk, magfúzió A kisebb hidrogénatommagok egyesülése az energiatermelés mechanizmusa. A magfúzióhoz – a maghasadástól eltérően – rendkívül magas hőmérsékletre és nyomásra van szükség ahhoz, hogy az atommagok egyesülhessenek. Ez a rendkívül magas hőmérséklet és nyomás követelménye teljesül a Nap magjában, ahol a hidrogénmagok fúziója az energiatermelés kulcsmechanizmusa, de ezen extrém körülmények újrateremtése a Földön eddig nem volt lehetséges ellenőrzött laboratóriumi körülmények között, és ennek eredményeként a magfúziós reaktorok még nem valósak. (A hidrogénfegyver alapelve az extrém hőmérsékleten és nyomáson, a hasadási eszköz kioldásával létrehozott, szabályozatlan termonukleáris fúzió.
Arthur Eddington volt az, aki először 1926-ban javasolta, hogy a csillagok energiájukat a hidrogén héliummá való fúziójából nyerjék. A magfúzió első közvetlen demonstrációja 1934-ben volt laboratóriumban, amikor Rutherford megmutatta a deutérium héliummá való fúzióját, és megfigyelte, hogy a folyamat során „hatalmas hatás keletkezik”. Tekintettel a korlátlan tiszta energia biztosításában rejlő hatalmas potenciálra, a tudósok és mérnökök világszerte összehangolt erőfeszítéseket tettek a nukleáris fúzió megismétlésére a Földön, de ez egy felfelé ívelő feladat volt.
Szélsőséges hőmérsékleten az elektronok elválnak az atommagoktól, és az atomok pozitív atommagokból és negatív elektronokból álló ionizált gázzá válnak, amit plazmának nevezünk, amely egymilliomodszor kisebb sűrűségű, mint a levegő. Ez teszi magfúzió a környezet nagyon zord. Ahhoz, hogy a magfúzió egy ilyen környezetben történjen (amely jelentős mennyiségű energiát termelhet), három feltételnek kell teljesülnie; nagyon magas hőmérsékletnek kell lennie (ami nagy energiájú ütközéseket válthat ki), elegendő plazmasűrűségűnek kell lennie (az ütközések valószínűségének növelése érdekében), és a plazmát (amely hajlamos a tágulásra) kellő időre be kell zárni, engedélyezze a fúziót. Emiatt a forró plazma tárolására és szabályozására szolgáló infrastruktúra és technológia fejlesztése kerül a fő fókuszba. Erős mágneses mezőket lehetne használni a plazma kezelésére, mint az ITER Tokamak esetében. A plazma inerciális bezárása egy másik megközelítés, amelyben nehéz hidrogénizotópokkal töltött kapszulákat robbantanak fel nagy energiájú lézersugarak segítségével.
A fúziós tanulmányok Lawrence A NIF Livermore Nemzeti Laboratóriuma (LLNL) lézervezérelt implóziós technikákat (inerciális fúziós fúziót) alkalmazott. Alapvetően a deutériummal és tríciummal töltött milliméteres kapszulákat nagy teljesítményű lézerekkel robbantották be, amelyek röntgensugarakat generálnak. A kapszula felmelegszik és plazmává alakul. A plazma befelé gyorsul, szélsőséges nyomás- és hőmérsékleti feltételeket hozva létre, amikor a kapszulában lévő üzemanyagok (deutérium és trícium atomok) összeolvadnak, energiát és számos részecskét, köztük alfa-részecskéket felszabadítva. A felszabaduló részecskék kölcsönhatásba lépnek a környező plazmával, és tovább melegítik azt, ami több fúziós reakcióhoz és több „energia és részecske” felszabadulásához vezet, így létrejön a fúziós reakciók önfenntartó lánca (az úgynevezett „fúziós gyújtás”).
A fúziós kutatóközösség több évtizede próbálja elérni a „fúziós gyújtást”; önfenntartó fúziós reakció. 8-ánth 2021 augusztusában a Lawrence Laboratory csapata elérte a „fúziós gyújtás” küszöbét, amelyet 5-én értek el.th 2022. december. Ezen a napon vált valósággá a szabályozott fúziós gyújtás a Földön – a tudomány mérföldköve!
***
