Dünyanın en güçlü lazer sisteminin kalbi. (Damien Jemison) Rekor kırmanın ardındaki sır nükleer füzyon Bölünmüş saniyede 10 katrilyon watt'lık güç yayan deney ortaya çıktı: 'kendiliğinden ısınan' - veya 'yanan' - nötron-ağır bir plazma hidrojen Araştırmacılara göre, deneyde kullanılan yakıt kapsülünün içinde.
Geçen yıl, Kuzey Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları, Ulusal Ateşleme Tesisi'nde (NIF) saniyenin 100 trilyonda biri için 1,3 megajul enerjinin rekor düzeyde serbest bırakıldığını duyurdular. Canlı Bilim bildirildi o zaman.
İki yeni araştırma makalesinde, NIF bilim adamları, başarının, füzyonun gerçekleştiği dünyanın en güçlü lazer sisteminin kalbindeki küçük boşluk ve yakıt kapsülünün hassas mühendisliğinden kaynaklandığını gösteriyor.
Yakıt kapsülü yalnızca yaklaşık bir milimetre (0.04 inç) çapında olmasına ve füzyon reaksiyonunun yalnızca en kısa süre sürmesine rağmen, çıktısı, çarpan güneş ışığından gelen tüm enerjinin yaklaşık yüzde 10'una eşitti. Toprak Her an, araştırmacılar bildirdi.
İlişkili: Çin'in 1 trilyon dolarlık 'yapay Güneş' füzyon reaktörü Güneş'ten beş kat daha sıcak hale geldi
Araştırmacılar, reaksiyonun o kadar çok enerjiyi patlattığını söyledi çünkü füzyon sürecinin kendisi, kalan yakıtı, daha fazla füzyon reaksiyonunu mümkün kılmak için yeterince sıcak bir plazmaya ısıttı.
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL) fizikçi olan Annie Kritcher, 'Yanan bir plazma, füzyon reaksiyonlarından kaynaklanan ısıtmanın plazmadaki baskın ısıtma kaynağı haline gelmesidir, bu da füzyonu başlatmak veya hızlı başlatmak için gerekenden daha fazladır.' Bir e-postada Canlı Bilim.
Kritcher, 26 Ocak'ta yayınlanan bir çalışmanın baş yazarıdır. Doğa Fiziği NIF'nin yanan plazmayı elde etmek için nasıl optimize edildiğini açıklayan ve yayınlanan başka bir çalışmanın ortak yazarı Doğa 2020'de ve 2021'in başlarında NIF'deki ilk yanan plazma deneylerini detaylandıran aynı gün.
bir kavanozda yıldız
Nükleer füzyon güneş gibi yıldızlara güç veren süreçtir. Ağır atom çekirdeklerini parçalayarak enerji üretmek için burada Dünya'daki enerji santrallerinde kullanılan nükleer fisyondan farklıdır. plütonyum - daha küçük atom çekirdeklerine.
Nükleer füzyon, atom çekirdekleri daha büyük çekirdekler halinde 'kaynaştığında' - yani bir araya geldiğinde - çok büyük miktarda enerji açığa çıkarır.
En basit füzyon türleri hidrojenle beslenir ve araştırmacılar nükleer füzyonun bir gün Dünya okyanuslarındaki bol hidrojeni kullanarak nispeten 'temiz' bir güç kaynağına dönüştürülebileceğini umuyorlar.
Yıldızlar çok büyük olduklarından, güçlü yerçekimleri, füzyon reaksiyonlarının çok yüksek basınçlarda gerçekleştiği anlamına gelir. Ancak burada, Dünya'da bu tür basınçlar mümkün değildir ve bu nedenle füzyon reaksiyonları bunun yerine çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmelidir.
(Gay-Lussac yasasına göre, belirli bir hacimde, bir gazın sıcaklığı arttıkça basınç da artar ve bunun tersi de geçerlidir.)
Farklı deneyciler, yüksek sıcaklıklarda bir füzyon reaksiyonunu sürdürmek için farklı yöntemler önerir ve Ulusal Ateşleme Tesisi, 'atalet hapsi' adı verilen bir yaklaşımda uzmanlaşmıştır.
Kendileri çok büyük miktarda enerji tüketen ve günde sadece bir kez ateşlenebilen 192 yüksek güçlü lazer kullanarak merkezde küçük bir hidrojen peletine çarparak yüksek sıcaklıklar yaratır.
Atalet hapsi yaklaşımı, termonükleer silahların test edilmesinde öncülük etmiştir ve uygulanabilir bir güç kaynağı olmaktan çok uzaktır - böyle bir güç kaynağının, faydalı miktarlarda enerji üretmek için yeterince büyük bir enerji çıkışına sahip olması için her saniye bu tür birkaç yakıt peletini buharlaştırması gerekir. elektrik.
Ancak NIF, yalnızca çok kısa anlar için de olsa, son zamanlarda olağanüstü yüksek enerji çıktıları elde etmede başarı göstermiştir. Ağustos ayındaki deney, yakıt peletinden içine konulduğu kadar enerji üretmeye yaklaştı ve araştırmacılar, gelecekteki deneylerin daha da güçlü olmasını bekliyorlar.
eylemsizlik hapsi
İki yeni çalışma, 10 katrilyon watt'lık reaksiyondan önceki aylarda gerçekleştirilen yanan plazma deneylerini tanımlıyor; bu önceki deneyler, yalnızca 200 mikrogram (0.000007 ons) hidrojen yakıtından oluşan bir peletten 170 kilojul enerji üretimiyle sonuçlandı - önceki deneylerin enerji çıktısının yaklaşık üç katı.
Bu, hem yakıt kapsülünü (peleti çevreleyen polikarbonat elmastan yapılmış küçük bir küresel kabuk) hem de onu içeren boşluğu - küçük bir tükenmiş (çok radyoaktif olmayan) silindiri dikkatlice şekillendirerek elde edildi. uranyum ile kaplı altın , hohlraum olarak bilinir.
Yeni tasarımlar, peleti ısıtan NIF lazerlerinin hohlraum içinde daha verimli çalışmasına ve kapsülün sıcak kabuğunun, yakıt peleti 'patladığında' hızla dışa doğru genişlemesine izin verdi - bunun sonucunda yakıt bu kadar yüksek bir sıcaklıkta kaynaştı. peletin diğer kısımlarını bir plazmaya ısıttığını.
Fizikçi Alex Zylstra, WordsSideKick.com'a bir e-postada “Bu, koyduğumuz enerjiye göre füzyondan büyük miktarda enerji üretme yolunda gerekli bir adım olduğu için önemlidir” dedi. Zylstra, ilk yanan plazma deneylerine öncülük etti ve bu çalışmanın baş yazarıdır. Doğa onlar hakkında çalış.
Atalet hapsi füzyonunun bir güç kaynağı olarak kullanılabilmesi için daha birçok bilimsel kilometre taşına ihtiyaç duyulacak olsa da, 'yanan' bir plazma elde etme adımı, bilim adamlarının süreç hakkında daha fazla bilgi edinmelerini sağlayacaktır, dedi.
Zylstra, 'NIF'de yanan plazmalar artık bu tür koşulları bilimsel olarak inceleyebileceğimiz yeni bir rejimde' dedi.
Kritcher, atılımın, diğer füzyon reaksiyonlarında kullanılabilecek nükleer füzyonun daha iyi anlaşılmasını sağlayacağını da sözlerine ekledi. tokamaklar – ve sadece eylemsizlik hapsi füzyonu yoluyla elde edilen reaksiyonlar değil.
“Bu çalışma, tüm füzyon topluluğu için zengin bir anlayış sağlayacak yeni bir plazma fiziği rejimine erişim sağladığı için önemlidir” dedi.
İlgili içerik:
Bilim gerçeği mi yoksa kurgu mu? 10 bilimkurgu konseptinin akla yatkınlığı
Fizikteki çözülmemiş en büyük 18 gizem
Fotoğraflar: Dünyanın en iyi fizik laboratuvarlarının içinde
Bu makale aslen tarafından yayınlandı Canlı Bilimi . Orijinal makaleyi okuyun burada .