همجوشی محصور کننده اینرسی (ICF)

تصویری از دو طرح همجوشی محصور کننده اینرسی (ICF) که به رژیم پلاسمای سوزان می رسند. سمت چپ: سیلندر HYBRID-E به طور مؤثری از انتقال انرژی پرتو متقاطع (CBET) برای کنترل تقارن انفجار استفاده کرد زیرا کپسول حاوی سوخت همجوشی نسبت به اندازه حفره تشعشع یا hohlraum بزرگتر شد. سمت راست: hohlraum شکل I-Raum «جیب‌هایی» را اضافه می‌کند تا دیوار (و موادی که مانع انتشار پرتو لیزر می‌شود) را از کپسول دور کند و تقارن انفجار را از طریق ترکیبی از هندسه و CBET کنترل کند.

گامی کلیدی به سوی همجوشی هیدروژن

گامی کلیدی به سوی همجوشی هیدروژن با ترجمه مهندس شکوفه ساتری

تولید انرژی تقریباً بی حد و حصر از همجوشی هیدروژن کنترل شده و خودپایدار یک رویای علمی برای نیم قرن بوده است، اما پیشرفت فناوری کند و مملو از چالش ها بوده است. با این حال، محققان در بزرگترین مرکز لیزر جهان، یک گام کلیدی در مسیر همجوشی گزارش کرده‌اند: «پلاسمای سوزان»، که در آن واکنش همجوشی به منبع اصلی انرژی خود تبدیل می‌شود.

تیم‌های تحقیقاتی با استفاده از تأسیسات احتراق ملی (NIF) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL)، ایالات متحده گزارش دادند که چهار آزمایش انجام‌شده بر روی ایزوتوپ‌های دوتریوم و تریتیوم هیدروژن بیش از 100 کیلوژول انرژی تولید کردند که یکی تقریباً 170 کیلوژول انرژی تولید کرد.

Omar A. Hurricane، دانشمند ارشد برنامه همجوشی محبوس اینرسی LLNL و یکی از نویسندگان مقاله نیچر، می گوید: «پلاسمای در حال سوختن به این معنی است که پلاسمای همجوشی بیش از ما آن را با وسایل خارجی گرم می کنیم. این یک گام ضروری و علمی مهم در مسیر همجوشی هسته ای کنترل شده است.»

برای دستیابی به این نقطه عطف، دانشمندان LLNL و سایر آزمایشگاه‌ها هندسه حفره کوچکی را که انرژی لیزر روی آن متمرکز شده است، بهبود بخشیدند و طول موج پرتوهای لیزر را در داخل پلاسمای محدود تغییر دادند (Nature Phys., doi: 10.1038/s41567-02). -01485-9؛ arxiv.org/abs/2111.04640).

لیزرهای قدرتمند، اهداف بزرگ

NIF از 192 خط پرتو لیزر موازی استفاده می‌کند که همگی یک پالس لیزری را تقویت می‌کنند که روی هم تا 1.9 مگا ژول انرژی با حداکثر توان نزدیک به 500 TW تولید می‌کنند. این مرکز تمام انرژی را روی یک استوانه طلای کوچک و توخالی به نام hohlraum متمرکز می کند که به نوبه خود حاوی یک کپسول به اندازه دانه فلفل حاوی دوتریوم و تریتیوم است. پرتوهای لیزر ترکیبی اشعه ایکس را در داخل hohlraum تولید می کنند. آن انفجار عظیم اما زودگذر انرژی به طور لحظه ای دما و فشارهایی را ایجاد می کند که فقط در مرکز خورشید یافت می شود - یا در انفجار یک بمب هیدروژنی.

محققان وزارت انرژی ایالات متحده آزمایش با پرتوهای قدرتمند NIF را در سال 2010 آغاز کردند، اما بسیاری از چالش‌ها - برخی در جزئیات برهمکنش بین تشعشع، پلاسما و سایر ذرات زیراتمی - پیشرفت به سوی واکنش‌های همجوشی خودپایدار را به تأخیر انداخته است.

لیزرهای پرتوان

لیزرهای پرتوان

یکی از حوزه هایی که لیزرهای پرتوان  امکانات علمی جدید را به واقعیت تبدیل کرده اند، همجوشی است. اخیراً 10 کوادریلیون وات توان همجوشی برای اولین بار در مرکز احتراق ملی واقع در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور تولید شد. در حالی که این توان تنها برای کسری از ثانیه تولید می‌شد، این مقدار توان تقریباً 700 برابر مقدار تولید شده توسط شبکه برق ایالات متحده است.

منبع لیزری مورد نیاز برای انجام این کار یک منبع 500 TW 0.35 میکرومتری است که به خطوط پرتوی متعدد تقسیم می شود تا به طور همزمان یک نمونه سوخت را تابش کند. سپس فروپاشی سوخت به گونه‌ای طراحی می‌شود که فرآیندهای همجوشی بسیار پرانرژی را آغاز کند. تأسیسات احتراق ملی تنها منبع لیزری نیست که چنین پرتوهای شدیدی را تولید می‌کند، با چندین منبع پتاوات و اگزوات در سرتاسر جهان موجود است.

در حالی که تقویت پالس چیرپ امکان تولید توان های لحظه ای از محدوده مگاوات تا گیگاوات را فراهم می کند، دستیابی به بالاتر از این نیاز به اصلاح پالس های پارامتریک نوری (OPCPA) به عنوان یک فناوری برای ارائه انرژی های پیک بالا و متوسط ​​پالس دارد.

بسیاری از منابع لیزر فیوژن به تولید پالس بسیار کوتاه (فمتوثانیه) به عنوان راهی برای دستیابی به اوج قدرت فوق‌العاده بالا به دلیل مدت زمان کوتاه‌تر پالس‌های مورد نیاز برای راه‌اندازی فرآیندهای همجوشی متکی هستند.

انرژی همجوشی لیزری (LIFE)

لیزر فیوژن چیست؟

علم پلاسما و همجوشی

هیدروژن و دو ایزوتوپ طبیعی آن ، دوتریوم و تریتیوم. هر سه عدد پروتون یکسانی دارند

انرژی همجوشی

انرژی همجوشی این پتانسیل را دارد که انرژی ایمن ، تمیز و تقریباً بی حد و حصر را تأمین کند. اگرچه واکنشهای همجوشی می توانند برای هسته های سبک با وزن کمتر از آهن رخ دهند ، اما اکثر عناصر به هم نمی پیوندند مگر اینکه در داخل یک ستاره باشند. برای ایجاد پلاسمای سوزان در راکتورهای تجربی قدرت همجوشی مانند توکاماک و استلراتور ، دانشمندان به دنبال سوختی هستند که تولید ، ذخیره و به هم پیوستگی نسبتاً آسانی داشته باشد. بهترین گزینه فعلی برای راکتورهای همجوشی سوخت دوتریوم تریتیوم است. این سوخت در دمای پایین تر از سایر عناصر به شرایط همجوشی می رسد و انرژی بیشتری نسبت به سایر واکنش های همجوشی آزاد می کند.

تنها یک پروتون در هسته همه ایزوتوپهای هیدروژن وجود دارد ، اما تعداد نوترونها متفاوت است

همجوشی دوتریوم -تریتیوم

همجوشی دوتریوم -تریتیوم (که بعضاً به اختصار D+T نامیده می شود) نوعی همجوشی هسته ای است که در آن یک هسته دوتریوم با یک هسته تریتیوم ادغام می شود و یک هسته هلیوم ، یک نوترون آزاد و 17.6 مگا الکترون ولت انرژی می دهد. این کارآمدترین نوع همجوشی برای دستگاههای همجوشی است.