Gli studi confermano che il NIF ha già raggiunto la soglia di accensione

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Circa un anno fa oggi, i ricercatori della National Ignition Facility hanno raggiunto una pietra miliare storica della fusione nucleare: hanno raggiunto la soglia di accensione (o soglia di “accensione”), o il punto in cui una reazione di fusione è abbastanza attiva da essere auto- sostenere. Per un anno hanno esaminato le condizioni sperimentali che hanno permesso loro di ottenere questo risultato. Le loro analisi mostrano che il NIF ha già soddisfatto il famoso criterio di Lawson.

La National Ignition Facility (NIF) utilizza 192 raggi laser ad alta potenza (fino a 1,9 megajoule) per riscaldare e comprimere una piccola capsula contenente una miscela di deuterio e trizio e stimolare così le reazioni di fusione nucleare. Questo approccio è noto come fusione a confinamento inerziale (da distinguere dalla fusione a confinamento magnetico, che viene eseguita in un tokamak). L’8 agosto 2021 è stato avviato l’esperimento Energia standard 1,3 megajoule – l’equivalente di 10 quadrilioni di watt di potenza per centotrilionesimo di secondo – mettendo i ricercatori sulla soglia dell’accensione per fusione.

Il record è stato un importante risultato scientifico nella ricerca sulla fusione, il che dimostra che l’accensione della fusione in vitro è possibile in NIF. “,” ha detto l’uragano Omar, capo scienziato nel programma di fusione di autocontenimento presso il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Tuttavia, la squadra non è stata in grado di replicare questa impresa. Un anno dopo questo traguardo storico, i risultati dell’esperimento sono dettagliati in tre articoli scientifici pubblicati sulla rivista messaggi di revisione fisica E il revisione fisica.

Criterio di Lawson verificato per la prima volta

Gli articoli descrivono il progetto, le migliorie apportate all’installazione e quindi le misurazioni sperimentali ottenute. Tutto è iniziato all’inizio del 2021, quando il team del NIF ha dimostrato che la struttura poteva produrre plasma caldo, un gas ionizzato caldo in cui le reazioni di fusione sono la principale fonte di riscaldamento del carburante (non impulsi laser). Ma il laser deve ancora fornire energia per mantenere attiva la reazione di fusione.

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Imaging tecnico del raggio laser NIF che entra nella camera contenente il bersaglio. © TIN

Tuttavia, per utilizzare un giorno la fusione nucleare come fonte di energia, la reazione deve essere autosufficiente. La sfida, quindi, è mantenere il plasma a temperature superiori a 100 milioni di gradi per un periodo abbastanza lungo che il tasso di produzione di energia per fusione superi il tasso di perdita di energia nell’ambiente (per conducibilità termica e radiazione).

Pour atteindre cette condition, la reactor doit produire localement plus d’énergie qu’elle n’en perd : l’énergie excédentaire peut alors servir à chauffer d’autres parties du combustible jusqu’à y initier une autre response ainsi fusion, et Consecutive . Questa soglia è stata descritta per la prima volta nel 1966 dal fisico John Lawson. Il “criterio di Lawson” afferma che l’accensione si verifica quando il prodotto tra la densità del plasma e il tempo di confinamento è maggiore di una certa soglia.

Sperimenta i risultati della progettazione dei dati
(a) Vista in sezione trasversale del bersaglio, che consiste in un olorum di uranio impoverito rivestito d’oro (alto circa 1 cm), che circonda la capsula con un diametro di 2 mm. I raggi laser entrano nel bersaglio attraverso le aperture superiore e inferiore. (b) Potenza laser totale (in blu) in funzione del tempo e della temperatura di radiazione per la simulazione dell’hohlraum dell’esperimento dell’8 agosto 2021. I dati di imaging (c) vengono utilizzati per ricostruire il volume dell’hotspot, necessario per dedurre la pressione e altre proprietà del plasma. © LLNL

Nel tentativo di soddisfare questo standard, i ricercatori hanno apportato numerosi miglioramenti al loro esperimento, tra cui il design fisico e la qualità del target. Hanno in particolare
Riducendo il tubo che riempie la capsula di idrogeno, così come le dimensioni dei fori di ingresso del laser della capsula che contengono la capsula, che richiedono meno energia per riscaldarsi nella fase iniziale, la geometria e l’ottimizzazione della capsula hanno migliorato la stabilità del 192 raggi di laser.

Una dieta sperimentale particolarmente sensibile

L’analisi dei dati sperimentali dimostra che il criterio di Lawson (e quindi la soglia di accensione) era già stato raggiunto l’8 agosto 2021, il che fa ben sperare per la ricerca e lo sviluppo nel campo della fusione nucleare. Ma nonostante i tanti tentativi, la squadra non è ancora riuscita a ottenere la stessa prestazione. Annie Kretcher, fisica LLNL e prima autrice di un libro Articolo che descrive la progettazione dell’esperimentoafferma che molte variabili svolgono un ruolo e che ciascuna può influenzare l’esito di un esperimento.

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I 192 laser non si comportano esattamente da un colpo all’altro, la qualità dei bersagli varia e lo strato di ghiaccio si sviluppa con una rugosità diversa per ogni bersaglio “,” lei spiegò. Lievi differenze nella struttura del materiale delle capsule di carburante o nell’intensità del laser potrebbero essere sufficienti per incidere sulla resa energetica finale.

Il team osserva che gli esperimenti condotti nell’ultimo anno hanno fornito rese comprese tra 430 e 700 kilojoule. I dati raccolti consentiranno al team di progetto di comprendere i processi di base dell’accensione e la versatilità insita in questo nuovo sistema sperimentale particolarmente sensibile. ” Lavoriamo con un sistema a cui nessun ricercatore ha avuto accesso dalla fine dei test nucleari e questa è una grande opportunità per ampliare le nostre conoscenze mentre continuiamo a fare progressi. L’uragano Omar eccitato.

Potranno quindi migliorare la loro installazione per riprodurre la resa record ottenuta l’anno scorso e, soprattutto, per rendere l’esperimento più resistente a piccoli errori in modo che sia più facilmente ripetibile. L’obiettivo finale sarebbe quindi quello di produrre almeno la stessa potenza del laser (la resa di prova dell’8 agosto 2021 era di circa il 72%). Questa è la condizione condizione indispensabile Fino a quando le centrali a fusione nucleare non diventeranno realtà un giorno.

fonte : Abu Shawareb et al., Lettere di revisione fisica

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