The scientists at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) have achieved зліццё ignition and энергія break-even. On 5th У снежні 2022 г. даследчая група правяла кантраляваны тэрмаядзерны эксперымент з выкарыстаннем лазераў, калі 192 лазерныя прамяні даставілі больш за 2 мільёны джоўляў УФ-энергіі ў малюсенькую паліўную таблетку ў крыягеннай мішэні і дасягнулі энергетычнай бясстратнасці, што азначае, што тэрмаядзерны эксперымент выпрацаваў больш энергіі, чым забяспечваецца лазерам для яго кіравання. Гэты прарыў быў дасягнуты ўпершыню ў гісторыі пасля дзесяцігоддзяў напружанай працы. Гэта важная вяха ў навуцы і мае значныя наступствы для перспектывы выкарыстання чыстай энергіі тэрмаядзернага сінтэзу ў будучыні да эканомікі з нулявым чыстым выкідам вугляроду, для барацьбы са змяненнем клімату і для падтрымання ядзернага стрымлівання без выкарыстання ядзерных выпрабаванняў для нацыянальнай абароны. Раней, 8thУ жніўні 2021 года даследчая група дасягнула парога тэрмаядзернага запальвання. Эксперымент вырабіў больш энергіі, чым любы іншы папярэдні тэрмаядзерны эксперымент, але энергазабеспячэнне не было дасягнута. Апошні эксперымент быў праведзены 5th Снежань 2022 года здзейсніў дасягненне энергетычнай бясстратнасці, тым самым пацвердзіўшы канцэпцыю таго, што кіраваны ядзерны сінтэз можа быць выкарыстаны для задавальнення энергетычных патрэб, хоць Практычнае камерцыйнае прымяненне тэрмаядзернай энергіі можа быць яшчэ вельмі далёкім.
Ядзерны рэакцыі даюць вялікую колькасць энергіі, эквівалентную колькасці страчанай масы, згодна з ураўненнем сіметрыі маса-энергія E=MC2 Эйнштэйна. Рэакцыі дзялення, якія ўключаюць распад ядраў ядзернага паліва (радыеактыўных элементаў, такіх як уран-235), у цяперашні час выкарыстоўваюцца ў ядзерных рэактарах для вытворчасці энергіі. Тым не менш, ядзерныя рэактары дзялення падвяргаюцца высокай рызыцы для чалавека і навакольнага асяроддзя, што відаць у выпадку з Чарнобылем, і сумна вядомыя тым, што ўтвараюць небяспечныя радыеактыўныя адходы з вельмі доўгім перыядам паўраспаду, якія вельмі цяжка ўтылізаваць.
У прыродзе зоркі, як наша сонца, ядзерны сінтэз з удзелам зліцця меншых ядраў вадароду з'яўляецца механізм выпрацоўкі энергіі. Ядзерны сінтэз, у адрозненне ад ядзернага дзялення, патрабуе надзвычай высокай тэмпературы і ціску для зліцця ядраў. Гэтае патрабаванне надзвычай высокай тэмпературы і ціску выконваецца ў ядры Сонца, дзе зліццё ядраў вадароду з'яўляецца ключавым механізмам выпрацоўкі энергіі, але ўзнавіць гэтыя экстрэмальныя ўмовы на зямлі пакуль немагчыма ў кантраляваных лабараторных умовах, і ў выніку, рэактары ядзернага сінтэзу яшчэ не рэальнасць. (Некантралюемы тэрмаядзерны сінтэз пры экстрэмальнай тэмпературы і ціску, які ствараецца ў выніку спрацоўвання прылады дзялення, з'яўляецца прынцыпам вадароднай зброі).
Яшчэ ў 1926 годзе Артур Эдынгтан упершыню выказаў здагадку, што зоркі атрымліваюць сваю энергію ад сінтэзу вадароду ў гелій. Першая прамая дэманстрацыя ядзернага сінтэзу адбылася ў лабараторыі ў 1934 годзе, калі Рэзерфорд паказаў сінтэз дэйтэрыю ў гелій і заўважыў, што падчас гэтага працэсу «быў створаны велізарны эфект». Улічваючы яго велізарны патэнцыял для забеспячэння неабмежаванай колькасці чыстай энергіі, былі ўзгодненыя намаганні навукоўцаў і інжынераў па ўсім свеце паўтарыць ядзерны сінтэз на Зямлі, але гэта была складаная задача.
Пры экстрэмальных тэмпературах электроны аддзяляюцца ад ядраў, і атамы становяцца іянізаваным газам, які складаецца з станоўчых ядраў і адмоўных электронаў, што мы называем плазмай, якая ў мільённую долю разоў менш шчыльная, чым паветра. Гэта робіць зліццё асяроддзе вельмі слабае. Каб ядзерны сінтэз адбываўся ў такім асяроддзі (якая магла б даць значную колькасць энергіі), павінны быць выкананы тры ўмовы; павінна быць вельмі высокая тэмпература (якая можа справакаваць сутыкненні з высокай энергіяй), павінна быць дастатковая шчыльнасць плазмы (для павелічэння верагоднасці сутыкненняў) і плазма (якая мае схільнасць да пашырэння) павінна быць абмежавана на працягу дастатковага часу для уключыць зліццё. Гэта робіць развіццё інфраструктуры і тэхналогіі для ўтрымання і кантролю гарачай плазмы ключавым напрамкам. Моцныя магнітныя палі могуць быць выкарыстаны для барацьбы з плазмай, як у выпадку з Такамакам ITER. Інерцыйнае ўтрыманне плазмы - яшчэ адзін падыход, пры якім капсулы, напоўненыя цяжкімі ізатопамі вадароду, разбураюцца з дапамогай лазерных прамянёў высокай энергіі.
Fusion studies conducted at Лорэнс 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’).
Супольнасць даследчыкаў тэрмаядзернага сінтэзу на працягу некалькіх дзесяцігоддзяў спрабавала дасягнуць «тэрмаядзернага запальвання»; самападтрымліваючая рэакцыя сінтэзу. На 8th У жніўні 2021 года каманда лабараторыі Лоўрэнса падышла да парога "тэрмаядзернага запальвання", якога яны дасягнулі 5th Снежань 2022 г. У гэты дзень кіраванае тэрмаядзернае запальванне на Зямлі стала рэальнасцю – дасягнута вяха ў навуцы!
***
