نتایج آزمایش‌های جدید پتانسیل ادغام خود را افزایش می‌دهد


نیوزویز – بیش از ۶۰ سال است که دانشمندان به دنبال درک و کنترل فرآیند همجوشی بوده اند و سعی می کنند از مقدار زیادی انرژی آزاد شده در هنگام ادغام هسته های سوخت استفاده کنند. یک مقاله تحقیقاتی که امروز در نیچر منتشر شد، آزمایش‌های اخیری را توصیف می‌کند که به حالتی از پلاسمای سوخته در همجوشی دست یافتند و به تحقیقات فیوژن کمک کرد تا بیش از هر زمان دیگری به هدف نهایی خود نزدیک شوند: یک واکنش خودپایه و کنترل‌شده.

محققان آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، از جمله اعضای دپارتمان فیزیک، قابلیت‌های تشخیصی اساسی را در دستیابی و تجزیه و تحلیل نتایج بی‌سابقه‌ای سهیم کرده‌اند. دستاوردهای تشخیصی آنها کمک کرده است تا تحقیقات همجوشی را در آستانه احتراق به عصر کنونی خود بیاورند – نقطه‌ای که در آن واکنش همجوشی انرژی بیشتری از آنچه دریافت می‌کند تولید می‌کند و می‌تواند به خودی خود بسوزاند.

هرمان گبرت کلاینراث، فیزیکدان لوس آلاموس، یکی از اعضای تیم در مرکز احتراق ملی که بر روی پروژه سوزاندن پلاسما کار می کند، گفت: «این آزمایش ها به انتقال به یک سیستم فیزیکی متفاوت اشاره دارد. تحقیقات توصیف شده در این مقاله نشان می دهد که در آن گرمایش آلفا در فعل و انفعالات از اتلاف بین تشعشع و هدایت حرارتی بهتر عمل می کند. زمان هیجان‌انگیزی است زیرا ما در نقطه‌ای هستیم که ادامه دستاوردهای حاشیه‌ای در نحوه انجام آزمایش‌هایمان منجر به پیشرفت‌های عظیم می‌شود.”

آزمایش‌های همجوشی لیزر محصورکننده اینرسی در مرکز احتراق ملی در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا انجام شد. در داخل یک حفره طراحی شده خاص، یک کپسول کربن با قطر حدود یک میلی متر، حاوی دوتریوم-تریتیوم منجمد شده و همان مخلوط گاز-سوخت است. هنگامی که حفره توسط لیزر گرم می شود، یک حمام اشعه ایکس ایجاد می شود و کپسول را تا زمانی که سوخت داخل فشرده شود گرم می کند. در نتیجه همجوشی هسته های دوتریوم و تریتیوم، نوترون ها و ذرات آلفا را آزاد می کند. دومی انرژی خود را به نقطه داغ واکنش برمی گرداند و در نتیجه به گسترش سوختگی کمک می کند. واکنش تحت سلطه آلفا به عنوان یک جزء ضروری در اتوفاژی مورد نیاز است.

نیروهای افراطی نیاز به توانایی های خاصی دارند

نیروی کار در ادغام شدید است. در آزمایش‌هایی که در مقاله نیچر توضیح داده شده است، دما در طول واکنش همجوشی سه برابر داغ‌تر از مرکز خورشید بود. طول واکنش نیز بسیار کوتاه است، حدود ۱۳۰ پیکوثانیه – زمانی که طول می کشد تا نور فقط چهار سانتی متر را طی کند (نور با سرعت ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه حرکت می کند).

Geppert-Kleinrath گفت: “این یک سیستم فیزیکی فوق العاده دشوار برای اندازه گیری است.” ما اساساً در حال ایجاد یک خورشید مینیاتوری در آزمایشگاه هستیم.

به منظور به دست آوردن داده‌های معنی‌دار از این رویداد، محققان لس آلاموس چندین قابلیت تشخیصی کلیدی را به تأسیسات احتراق ملی ارائه کردند که هر کدام شامل چالش‌های فنی بزرگی است. تیم Hermann مسئول تشخیص گزارش واکنش گاما، ارائه زمان انفجار (زمان حداکثر فشار و سرعت واکنش – که رکود نیز نامیده می‌شود) و مدت زمان سوختگی را بر عهده دارد. ابزار تاریخچه واکنش گاما واکنش ها را با دقت زمانی ده پیکوثانیه اندازه گیری می کند – یک مقیاس زمانی کوچک که در آن نور تنها میلی متر حرکت می کند.

فیزیکدان Verena Geppert-Kleinrath، رهبر تیم تصویربرداری پیشرفته در لس آلاموس، قابلیت‌های تصویربرداری نوترونی را رهبری کرد که اشکال سه‌بعدی نقاط داغ را برای آزمایش‌های تاسیسات احتراق ملی فراهم کرد. (به طور تصادفی، ورنا با هرمان ازدواج کرده است.) تصویربرداری نوترونی به معنای اندازه گیری یک نقطه داغ ۷۰ میکرونی – به ضخامت یک موی انسان – از فاصله ۳۰ متری از طریق یک روزنه باز با روزنه هایی به عرض چند میکرون بود.

Verena Gebert Kleinrath گفت: “ما بسیار مفتخریم که از رشته های مختلف و گروه های مختلف در فیزیک آمده ایم، مفتخریم که بخشی از این دستاورد بسیار مهم با هم باشیم.” تیم‌های فیزیک در لوس آلاموس توانسته‌اند تشخیص‌های منحصربه‌فردی را برای نشان دادن علائمی که در شرایط چالش‌برانگیز به دنبال آن هستیم، ارائه دهند.

بهبودها به سمت شمول پیشرفت می کنند

در نهایت، این آزمایش‌ها پارامترهای احتراق را بررسی کردند – اینکه چگونه همجوشی ممکن است ایجاد شود، و چگونه ممکن است به گونه‌ای تولید شود که خودش منتشر شود و انرژی بیشتری از سوخت آزاد کند که برای شروع واکنش لیزر لازم است. . آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل نتایج، پیشرفت‌های افزایشی را پیشنهاد می‌کنند که می‌تواند انرژی بیشتری را در واکنش به جای از دست دادن آن به دلیل رادیواکتیویته یا هدایت حرارتی حفظ کند. به عنوان مثال، اندازه لوله پرکننده سوخت به عنوان یک محدودیت عملکرد با تصویربرداری سه بعدی نوترونی تعیین شد و آزمایش‌های آینده از یک لوله پرکننده بسیار کوچک‌تر استفاده کردند.

چهار آزمایش یا “شات” پیشرفت های قابل توجهی در دستیابی به سوختن پلاسما بود. در پرتاب چهارم، انرژی تولید شده بیشتر از اتلاف تابش یا هدایت گرما بود و اگر کپسول در انفجار جابجا نمی شد، احتمالاً به انتشار می رسید. مجموع توان خروجی، از جمله توان لیزر برای شروع واکنش، هنوز منفی بود، اما بهبود ظاهری نقطه عطفی به سوی خود همجوشی پایدار بود.

بهبودهای تدریجی در آگوست ۲۰۲۱، زمانی که آزمایشی در مرکز احتراق ملی بازدهی ۱.۳ مگاژول را به همراه داشت، به طور چشمگیری نتیجه داد – افزایشی هشت برابری نسبت به آزمایش‌های شرح داده شده در نشریه نیچر. در حالی که این آزمایش با یک تعریف از اشتعال فاصله دارد، تجربه نشان می‌دهد که تحقیقات همجوشی وارد عصر جدیدی شده است، با پیشرفت‌های افزایشی بیشتری که احتمالاً می‌تواند به خوداشتعالی و همجوشی دست یابد.

Hermann Gebert Kleinrath گفت: «ما درست در لبه پرتگاه آزمایش‌هایی هستیم که در مقابل آزمایش‌هایی که وارد سیستم احتراق می‌شوند، محو می‌شوند. هنگامی که به این سیستم می روید که در آن گرمایش آلفا غالب است، سودهای نهایی در نحوه انجام آزمایش منجر به افزایش بازده بسیار بزرگ می شود.

در یک مشکل چالش بزرگ نتیجه بگیرید

درک پویایی یک ادغام بینش انتقادی را ارائه می دهد که از مدیریت سهام پشتیبانی می کند. یکی از اهداف مهم برنامه نظارت بر انبار این است که به دنبال محصولات با اشتعال و همجوشی بالا در آزمایشگاه نیز یک “چالش بزرگ” یک مشکل علمی است که به قابلیت های یکپارچه نیاز دارد. آزمایش‌ها در تأسیسات احتراق ملی آزمایش‌هایی از آن چالش‌هایی را ارائه می‌دهند که به هیچ‌وجه نمی‌توان به آنها دست یافت. تیم‌های شبیه‌سازی اختصاصی در کنار محققان وزارت فیزیک برای بهبود قابلیت‌های مدل‌سازی سرپرستی انبار بر اساس تجربیات تأسیسات احتراق ملی و نشانگرهای تشخیصی آن‌ها کار می‌کنند.

تحقق احتراق درک برخی از فرآیندها را فراهم می کند که به هیچ طریق دیگری نمی توان به آنها پرداخت. با بازتاب چالش و موفقیت این سری ویژه از آزمایش‌های همجوشی، در دسامبر ۲۰۲۱، سوزاندن پلاسما در تأسیسات احتراق ملی توسط وزارت انرژی با جایزه افتخاری از وزیر تجلیل شد. این تیم جایزه دستاورد را دریافت کرد “به گروه هایی از کارمندان و پیمانکارانی که با هم از طرف بخش به دستاوردهای مهمی دست یافته اند.” جوایز افتخار بالاترین تقدیر بخش است.

اعضای تیم آزمایشگاه سوزاندن پلاسما در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس: یونگو کیم، هرمان گبرت کلاینراث، و کوین مینای (تیم سوزاندن هسته حرارتی). Verena Gebert Kleinrath، Carl Wilde و Noah Berg (تیم عکاسی پیشرفته)؛ اعضای سابق تیم هانس هرمان و پیتر وولگوف (بازنشسته). اعضای تیم تحت کمپین Lab’s Science 10، Inertial Confinement Fusion و مدیر برنامه John Kline کار می کنند.

بودجه: این کار توسط وزارت انرژی ایالات متحده حمایت شد.

مرجع: “سوزاندن پلاسما در همجوشی اینرسی حاصل می شود” طبیعت خلق و خو, ۶۰۱, ۵۴۲ (۲۰۲۲). DOI: 10.1038/s41586-021-04281-w. AB Zylstra، و همکاران.
LA-UR-22-20637



رژیم آنلاین دکتر روشن ضمیر https://rdiet.ir/ رژیم کتوژنیک دکتر روشن ضمیر