Нов пробив: учени създадоха „запалителна свещ“ за термоядрените реакции

Настъпва нова ера в областта на термоядрената енергия с помощта на техниката „искрова свещ“.

Лабораторията за лазерна енергетика (LLE) към Университета в Рочестър даде началото на една нова надпревара в областта на термоядрената енергия. В поредица от експерименти учените от LLE първи създадоха революционна „свещ“ за директния инерционен термоядрен синтез (ICF). Тази разработка може да се окаже жизненоважна за отключването на бъдещето на чистата и изобилна енергия.

В LLE се намира голямата лазерна система OMEGA. Учените са провели експерименти, при които са изстреляни 28 килоджаула лазерна енергия в малки капсули, пълни с деутерий и тритий. Резултатът? Капсулите имплодират, създавайки достатъчно гореща плазма, за да започне реакцията на термоядрения синтез между ядрата на горивото.

Вече знаем, че в резултат на подобни експерименти бе получена повече енергия, отколкото първоначално бе подадена към централната гореща плазма. Това е наистина значителен скок напред.

Разликата в сравнение с другите експерименти с термоядрения синтез

Може би се чудите по какво новият подход се различава от другите експерименти в областта на термоядрения синтез, като например тези на Националната инсталация за запалване (NIF) в Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“. Основното е в подхода. Докато NIF използва индиректно задействане, при което лазерната светлина се превръща в рентгенови лъчи, предизвикващи имплозията на капсулата, OMEGA използва директно лазерно осветяване. Разликата е не само в техниката, но и в мащаба – енергията на OMEGA е почти една стотна от тази на NIF.

Въпреки това, размерът не трябва да ни заблуждава. Екипът от Рочестър смята, че техният метод на директно подаване на енергия е мащабируем. Тоест могат да се използват множество по-големи лазери с повече енергия.

Варчас Гопаласвами, ключов участник във второто проучване, подчерта потенциала на директното захранване:

„След мащабирането на резултатите от OMEGA до няколко мегаджаула лазерни енергии се предвижда реакциите на синтез да станат самоподдържащи се – състояние, което се нарича „горяща плазма“, каза той.

Казано по-просто, те се доближават до постигането на самоподдържаща се термоядрена реакция, което е критична стъпка към използването на термоядрената енергия за практически цели.

Как е създадена тази нова технология?

Зад кулисите, в съвместните усилия на много учени, инженери и технически персонал, работи сложната лазерна система OMEGA. Експериментите са дело на екип от изследователи от Центъра за плазмени науки и термоядрен синтез на Масачузетския технологичен институт (MIT Plasma Science and Fusion Center) и компанията General Atomics. Те станаха възможни благодарение на финансиране от Националната администрация за ядрена сигурност към Министерството на енергетиката на САЩ.

Това, което отличава тези експерименти, е иновативният метод за проектиране на имплозията, основан на статистически прогнози и потвърден от алгоритми за машинно обучение. Именно по този начин е създадена новата „запалителна свещ“ за термоядрените реакции. Рикардо Бети, главен учен на LLE, казва:

„Тези прогнозни модели ни позволяват да стесним кръга от обещаващи кандидат-дизайни, преди да проведем стойностни експерименти“.

Студентите и учените от Лабораторията за лазерна енергетика (LLE) към Университета в Рочестър се подготвят за предизвикателството да приложат методите за директно задействане с помощта на по-големи лазери, приближавайки се към мечтата за постигане на термоядрено запалване и така желаната нетна енергия.