הראשון עבור היתוך לכונן ישיר

בייבלייד עידן המתכת פרק 1 פגסוס נחת בעברית (יוני 2019).

Anonim

מדענים מאוניברסיטת רוצ'סטר לקחו צעד משמעותי קדימה במחקר היתוך לייזר.

ניסויים באמצעות לייזר OMEGA במעבדה של לייזר אנרגטיקה של אוניברסיטת (LLE) יצרו את התנאים מסוגל לייצר תשואה היתוך זה פי חמש יותר מאשר הנוכחי שיא לייזר אנרגיה היתוך התשואה, כל עוד התנאים היחסיים המיוצרים ב LLE הם לשכפל (NIF) במעבדה הלאומית לורנס ליברמור בקליפורניה.

הממצאים הם תוצאה של ניסויים מרובים שנערכו על ידי מדענים LLE שון רגאן, ולרי Goncharov, ומשתפי פעולה, אשר העיתון פורסם ב Physical Review Letters. אריג'יט בוז, דוקטורנטית בפיסיקה ברוצ'סטר, שעבדה עם ריקרדו בטי, פרופסור להנדסה ופיסיקה, פירשה את הממצאים הללו במאמר שפורסם ב- Rapid Communications בכתב העת Physical Review E (R).

Bose מדווח כי התנאים LLE היה לייצר מעל 100 ק"ג (kJ) של אנרגיה היתוך אם משוכפל על הקרן החדשה לישראל. אמנם זה אולי נראה כמו הבהוב זעיר הביקוש ההולך וגדל של העולם לאנרגיה, העבודה החדשה מהווה התקדמות חשובה ביוזמת מחקר לאומית ארוכת שנים כדי לפתח היתוך כמקור אנרגיה. 100 kJ הוא תוצר האנרגיה של אור 100 ואט במשך כ 20 דקות, אבל בניסוי פיוז 'ן ב NIF, אנרגיה זו תשוחרר פחות מ מיליארד של שנייה, מספיק כדי להביא את הדלק צעד קרוב יותר תנאי הצתה.

"יש לנו דחיסת דלק תרמו-גרעיני לכמחצית מהלחץ הדרוש כדי להצית אותו, וזאת כתוצאה ממאמץ צוותי שמעורבים בו מדענים ומהנדסים רבים של LLE", אמר רגן, מנהיג קבוצת הניסוי LLE.

אם יופעל, דלק תרמו-גרעיני ישחרר כמויות אדירות של אנרגיית היתוך, הרבה יותר מאנרגיית הקלט לדלק.

"בהיתוך בלייזר, מטרה מכוונת היא כמו כוכב מיניאטורי של כ -10 מילימטר, שמייצר את המקבילה האנרגטית של כמה ליטרים של בנזין על חלקיק של מיליארדים של שנייה, אנחנו עדיין לא שם, אבל אנחנו מתקדמות ", אמר בטי, פרופסור רוברט ל. מק'קורי במעבדה לאנרגטיקה בלייזר.

במונחים של קרבה לתנאים הנדרשים כדי להצית את הדלק, שני המסמכים LLE האחרונות מדווחים כי ניסויים OMEGA להתאים את הקלטת NIF הנוכחי כאשר אקסטרפולציה לאנרגיות NIF. הצבת יעד היא המטרה העיקרית של מאמץ פיוז'ן לייזר בארצות הברית.

כחלק מעבודתם, החוקרים התמקדו בקפידה ב -60 קורות הלייזר של LLE להכות גלולה בגודל של מילימטר של דלק - גישה המכונה שיטת הכונן הישיר של איחוי כליאה אינרטיים (ICF).

התוצאות מצביעות על כך שגישת הכונן הישיר המשמש את LLE, בית הלייזר הפורה ביותר בעולם (במונחים של מספר ניסויים, פרסומים ומגוון משתמשים) היא דרך מבטיחה לאיחוי וחלופה בת קיימא על פני שיטות אחרות, כולל זה שבשימוש בקרן החדשה. שם, חוקרים פועלים כדי להשיג היתוך באמצעות 192 קורות לייזר בגישה הידועה בשם כונן עקיף, שבו אור הלייזר הוא הראשון להמרה קרני רנטגן בתוך המתחם זהב בשם hohlraum. למרות שעדיין לא הושגו ההצתה, מדענים ב- LLNL ועמיתיו בקהילת ה- ICF עשו התקדמות משמעותית בהבנת הפיזיקה ופיתוח גישות חדשניות לאיחוי הכוננים העקיפים.

"הראינו כי שיטת הכונן הישיר, אינה עולה בקנה אחד עם עבודה אחרת שנעשתה בקידום מחקר היתוך גרעיני", אמר בוס.

"עבודתה של אריג'יט מאוד יסודית ומשכנעת, בעוד שיש הרבה עבודה לעשות, התוצאה הזו מראה התקדמות משמעותית בגישה הישירה", אומרת בטי.

המחקר הן ב- LLE והן ב- NIF מבוסס על בידוד אינרצי, שבו תגובות פיוז'ן גרעיניות מתבצעות על ידי חימום ודחיסה או פירוק - יעד המכיל דלק העשוי מדאוטריום וטריטיום (DT). המטרה היא לגרום לאטומים להתנגש עם מספיק אנרגיה, כי גרעיני נתיך ליצור גרעיני הליום ונויטרון חופשי, משחרר אנרגיה משמעותית בתהליך.

בשתי השיטות הנחקרות ב LLE ו NIF, האתגר העיקרי הוא יצירת שריפה עצמית לקיום כי היה להצית את כל הדלק פגזים היעד. כתוצאה מכך, חשוב כי מספיק חום נוצר כאשר גרעיני הליום הם נוצרו בתחילה כדי לשמור על התהליך הולך. גרעיני הליום נקראים חלקיקי אלפא, והחום המופק מכונה חימום אלפא.

מייקל קמבל, סגן מנהל ה- LLE וחלק מצוות המחקר, אמר כי התוצאות התאפשרו בשל מספר שיפורים בשיטת הגישה הישירה.

אחד מהם מכוון את 60 קורות הלייזר, אשר כעת להכות את היעד בצורה אחידה יותר.

"זה כמו לסחוט בלון עם הידיים, תמיד יש חלקים שצצים במקום שבו הידיים שלך לא", אמר קמפבל. "אם היה אפשר לסחוט בלון מכל נקודה על פני השטח, היה הרבה יותר לחץ בפנים, וזה מה שקורה כשהלייזרים פוגעים במטרה יותר סימטרי".

"אם נוכל לשפר את האחידות של הדרך בה אנו דוחסים את המטרות שלנו, קרוב לוודאי שנעמוד קרוב מאוד לתנאים שיתחילו להצית על הקרן החדשה לישראל, וזה מה שנתמקד בו בעתיד הקרוב", אומר גונצ'רוב, מנהל חטיבת התיאוריה של LLE.

שני שיפורים אחרים נעשו ב LLE: איכות פגז היעד השתפר כדי להפוך אותו בקלות דחוס, ואת האבחון למדידת מה שמתרחש בתוך הקליפה יש השתפר. החוקרים יכולים כעת ללכוד תמונות רנטגן של הקריסה של היעד עם מסגרת פעמים של 40 טריליון של שנייה, נותן להם מידע על איך בדיוק להתאים את לייזרים ולהבין את הפיסיקה.

"מה שעשינו הוא להראות את היתרונות של לייזר כונן ישיר בתהליך ההיתוך הגרעיני", אמר קמפבל. "וזה צריך להוביל הזדמנויות מחקר נוספות, כמו גם המשך ההתקדמות בתחום".

בוס אומר כי הצעד הבא הוא לפתח הערכות תיאורטיות של מה שמתרחש פגז היעד כפי שהוא נפגע על ידי הלייזר. מידע זה יעזור למדענים לבצע שיפורים נוספים.

menu
menu