Lawrence Livermore'i riikliku labori (LLNL) teadlased on saavutanud fusioon süüde ja energia tasuvus. 5th 2022. aasta detsembris viis uurimisrühm läbi kontrollitud termotuumasünteesikatse, kasutades lasereid, kui 192 laserkiirt andsid krüogeenses sihtkambris olevale väikesele kütusegraanulile rohkem kui 2 miljonit džauli UV-energiat ja saavutasid energiatasuvuse, mis tähendab, et termotuumasünteesi katse tootis rohkem energiat kui laseriga selle juhtimiseks. See läbimurre saavutati esimest korda ajaloos pärast aastakümneid kestnud rasket tööd. See on teaduse verstapost ja sellel on märkimisväärne mõju puhta tuumasünteesienergia väljavaatele tulevikus null süsinikdioksiidiheitega majanduse suunas, kliimamuutustega võitlemisel ja tuumatõrjevõime säilitamisel ilma riigikaitse eesmärgil tuumakatsetusteta. Varem, 8th2021. aasta augustis oli uurimisrühm jõudnud termotuumasünteesi süttimise lävele. Katse tootis rohkem energiat kui ükski teine eelnev termotuumasünteesikatse, kuid energiatasuvust ei saavutatud. Viimane katse viidi läbi 5th 2022. aasta detsember on saavutanud energiatasuvuse saavutuse, pakkudes seega kontseptsiooni tõestust, et juhitud tuumasünteesi saab kasutada energiavajaduste rahuldamiseks, kuigi Praktiline kaubanduslik termotuumasünteesi rakendamine võib olla siiski väga kauge.
Tuuma- reaktsioonid annavad massi-energia sümmeetria võrrandi E=MC kohaselt suures koguses energiat, mis on võrdne kaotatud massiga2 Einsteinist. Praegu kasutatakse tuumareaktorites energia tootmiseks lõhustumisreaktsioone, mis hõlmavad tuumakütuse tuumade (radioaktiivsete elementide nagu uraan-235) lagunemist. Tuuma lõhustumisel põhinevad reaktorid kujutavad aga suuri inim- ja keskkonnariske, nagu ilmneb Tšernobõli puhul, ning on kurikuulsa väga pika poolestusajaga ohtlike radioaktiivsete jäätmete tekitamise poolest, mida on äärmiselt raske kõrvaldada.
Looduses meeldivad tähed meie päikesele, termotuumasünteesi Väiksemate vesiniku tuumade ühinemine on energia tootmise mehhanism. Tuumasüntees, erinevalt tuuma lõhustumisest, nõuab tuumade ühinemiseks äärmiselt kõrget temperatuuri ja rõhku. See ülikõrge temperatuuri ja rõhu nõue on täidetud päikese tuumas, kus vesiniku tuumade sulandumine on energiatootmise põhimehhanism, kuid nende ekstreemsete tingimuste taasloomine Maal ei ole seni kontrollitud laboritingimustes olnud võimalik ja selle tulemusena termotuumasünteesi reaktorid pole veel reaalsus. (Vesinikurelva põhimõte on kontrollimatu termotuumasüntees äärmuslikul temperatuuril ja rõhul, mis tekib lõhustumisseadme käivitamisel).
Arthur Eddington tegi esmakordselt 1926. aastal ettepaneku, et tähed ammutavad energiat vesiniku sulandumisest heeliumiks. Esimene otsene tuumasünteesi demonstratsioon toimus laboris 1934. aastal, kui Rutherford näitas deuteeriumi sulandumist heeliumiks ja täheldas, et protsessi käigus tekkis tohutu efekt. Pidades silmas selle tohutut potentsiaali pakkuda piiramatult puhast energiat, on teadlased ja insenerid üle kogu maailma teinud ühiseid jõupingutusi tuumasünteesi replikatsiooniks Maal, kuid see on olnud ülesmäge.
Äärmuslikel temperatuuridel eralduvad elektronid tuumadest ja aatomid muutuvad ioniseeritud gaasiks, mis koosneb positiivsetest tuumadest ja negatiivsetest elektronidest, mida me kutsume plasmaks, mis on õhust miljondik korda väiksem. See teeb fusioon keskkond väga nõrk. Tuumasünteesi toimumiseks sellises keskkonnas (mis võib anda märkimisväärsel hulgal energiat), peab olema täidetud kolm tingimust; seal peaks olema väga kõrge temperatuur (mis võib esile kutsuda suure energiaga kokkupõrkeid), plasma peaks olema piisavalt tihe (et suurendada kokkupõrgete tõenäosust) ja plasma (millel on kalduvus laieneda) peaks olema piisavalt kaua suletud. lubada sulandumine. See muudab kuuma plasma ohjeldamiseks ja kontrollimiseks vajaliku infrastruktuuri ja tehnoloogia arendamise keskseks fookuseks. Plasmaga toimetulemiseks võiks kasutada tugevaid magnetvälju, nagu ITERi Tokamaki puhul. Plasma inertsiaalne piiramine on teine lähenemine, kus raskete vesiniku isotoopidega täidetud kapslid lõhustatakse suure energiaga laserkiirte abil.
Fusion studies conducted at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
Termotuumasünteesi uurimisringkond on mitu aastakümmet püüdnud saavutada termotuumasünteesi süttimist; isemajandav termotuumasünteesi reaktsioon. 8th 2021. aasta augustis jõudis Lawrence'i labori meeskond termotuumasünteesi süttimise lävele, mille nad saavutasid 5.th Detsember 2022. Sel päeval sai kontrollitud termotuumasütte Maal reaalsuseks – teaduse verstapost on saavutatud!
***
