Naukowcy z National Ignition Facility udostępnili szczegóły odnośnie przełomowego eksperymentu z 2022 r., w którym w fuzji jądrowej uzyskali nadwyżkę energetyczną. Badacze m.in. udoskonalili kapsułkę z paliwem, zwiększyli jej masę i wzmocnili lasery.

W grudniu 2022 r. działające w Kalifornii National Ignition Facility (NIF) ogłosiło przełom w pracach nad fuzją jądrową – po raz pierwszy w reakcji prowadzonej w tym ośrodku udało się uzyskać więcej energii, niż włożono.

Trzeba podkreślić, że uzyskana nadwyżka uwzględnia energię, jaka dotarła do cylindra, a nie energię niezbędną do zasilania laserów, które zużywają jej setki megadżuli.

Pracujące w NIF urządzenie inicjuje fuzję, oddziałując 192 potężnymi laserami na złoty cylinder, zawierający 2-mm kulkę z 220 mikrogramami paliwa deuterowo-trytowego.

Pod wpływem działania laserów, w cylindrze powstaje silne promieniowanie rentgenowskie, które podgrzewa paliwo i powoduje jego implozję. Temperatura przekracza wtedy 150 mln stopni, a ciśnienie osiąga 600 mld atmosfer.

System nie ma generować użytecznej energii, ale służy do podstawowych eksperymentów sprawdzających potencjalne możliwości wykorzystania fuzji jądrowej. Kluczem do sukcesu jest m.in. maksymalnie jednorodna i symetryczna budowa cylindra i kapsułki – niewielkie nawet odkształcenia w tym zakresie zmniejszają wydajność reakcji.

Mimo że przez ostatnie lata naukowcy z NIF szczególnie intensywnie pracowali nad udoskonaleniem wspomnianych elementów, nadal nie udało się wyeliminować wielu zaburzeń. Jednak – dzięki licznym usprawnieniom – w grudniu 2022 r. ośrodek ogłosił wspomniany sukces.

Teraz naukowcy opublikowali szereg prac, w których wyjaśniają jego podstawy. Udało im się po pierwsze uczynić implozję paliwa bardziej symetryczną, co wyraźnie zwiększyło wydajność reakcji. Kolejnym warunkiem powodzenia było zmniejszenie zanieczyszczenia paliwa węglem, który w niewielkich ilościach przenika ze ścianek kapsułki. O 7 proc. zwiększono przy tym całkowitą masę kapsułki. To wbrew pozorom skomplikowana operacja, ponieważ wiąże się z dużym ryzykiem zwiększenia wspomnianych szkodliwych nieregularności. Wpływ tych zaburzeń udało się jednocześnie zredukować dzięki dodatkowemu wzmocnieniu siły laserów.

„Ten ekscytujący postęp oznacza duży krok w kierunku stabilnego, niskoemisyjnego źródła energii” – napisał na łamach „Physics Magazine” (https://physics.aps.org/articles/v17/14) komentujący dokonanie, prof. Shinsuke Fujioka z Instytutu Inżynierii Laserowej w Osace.(PAP)

Marek Matacz

mat/ bar/