Znanstvenici iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore (LLNL) postigli su fuzija paljenje i energija rentabilnost. dana 5th U prosincu 2022., istraživački tim proveo je eksperiment kontrolirane fuzije pomoću lasera kada su 192 laserske zrake isporučile više od 2 milijuna džula UV energije malenoj kuglici goriva u kriogenskoj ciljnoj komori i postigle energetsku ravnotežu, što znači da je eksperiment fuzije proizveo više energije nego koju daje laser da ga pokreće. Ovaj napredak postignut je prvi put u povijesti nakon desetljeća napornog rada. Ovo je prekretnica u znanosti i ima značajne implikacije na perspektivu čiste fuzijske energije u budućnosti prema gospodarstvu s nultom neto emisijom ugljika, za borbu protiv klimatskih promjena i za održavanje nuklearnog odvraćanja bez pribjegavanja nuklearnim ispitivanjima u svrhu nacionalne obrane. Ranije, 8thkolovoza 2021., istraživački tim dosegao je prag fuzijskog paljenja. Eksperiment je proizveo više energije nego bilo koji drugi prethodni eksperiment fuzije, ali nije postignuta energetska ravnoteža. Posljednji eksperiment proveden 5th Prosinac 2022. postigao je podvig energetske ravnoteže čime je osigurao dokaz koncepta da se kontrolirana nuklearna fuzija može iskoristiti za zadovoljenje energetskih potreba, iako praktična komercijalna primjena fuzijske energije još je uvijek vrlo daleka.
nuklearni reakcije daju velike količine energije ekvivalentne količini izgubljene mase, prema jednadžbi simetrije masa-energija E=MC2 od Einsteina. Reakcije fisije koje uključuju raspad jezgri nuklearnog goriva (radioaktivni elementi kao što je uran-235) trenutno se koriste u nuklearnim reaktorima za proizvodnju energije. Međutim, reaktori koji se temelje na nuklearnoj fisiji izlažu se visokim rizicima za ljude i okoliš kao što je vidljivo u slučaju Černobila, a poznati su po stvaranju opasnog radioaktivnog otpada s vrlo dugim poluživotom koji je iznimno teško zbrinuti.
U prirodi zvijezde poput našeg sunca, nuklearna fuzija koji uključuje spajanje manjih jezgri vodika je mehanizam stvaranja energije. Nuklearna fuzija, za razliku od nuklearne fisije, zahtijeva izuzetno visoku temperaturu i tlak kako bi se omogućilo spajanje jezgri. Ovaj zahtjev ekstremno visoke temperature i tlaka ispunjen je u jezgri sunca gdje je fuzija vodikovih jezgri ključni mehanizam za stvaranje energije, ali ponovno stvaranje ovih ekstremnih uvjeta na zemlji do sada nije bilo moguće u kontroliranim laboratorijskim uvjetima i kao rezultat toga, nuklearni fuzijski reaktori još nisu stvarnost. (Nekontrolirana termonuklearna fuzija na ekstremnoj temperaturi i tlaku koji nastaju aktiviranjem fisijskog uređaja princip je iza vodikovog oružja).
Arthur Eddington je bio taj koji je prvi predložio, davne 1926. godine, da zvijezde crpe svoju energiju iz fuzije vodika u helij. Prva izravna demonstracija nuklearne fuzije bila je u laboratoriju 1934. godine kada je Rutherford pokazao fuziju deuterija u helij i primijetio da je "proizveden ogroman učinak" tijekom procesa. S obzirom na ogroman potencijal za pružanje neograničene čiste energije, znanstvenici i inženjeri diljem svijeta uložili su zajedničke napore da repliciraju nuklearnu fuziju na Zemlji, ali to je bio težak zadatak.
Na ekstremnim temperaturama, elektroni se odvajaju od jezgri i atomi postaju ionizirani plin koji se sastoji od pozitivnih jezgri i negativnih elektrona, što nazivamo plazmom, koja je milijunti puta manje gustoće od zraka. Ovo cini fuzija okruženje vrlo slabo. Da bi se nuklearna fuzija odvijala u takvom okruženju (koje bi moglo proizvesti znatnu količinu energije), tri uvjeta bi trebala biti ispunjena; trebala bi postojati vrlo visoka temperatura (koja bi mogla izazvati sudare visoke energije), trebala bi postojati dovoljna gustoća plazme (kako bi se povećala vjerojatnost sudara) i plazma (koja ima sklonost širenju) trebala bi biti ograničena dovoljno dugo da omogućiti fuziju. Zbog toga je ključni fokus razvoj infrastrukture i tehnologije za zadržavanje i kontrolu vruće plazme. Snažna magnetska polja mogu se koristiti za rješavanje plazme kao u slučaju Tokamaka ITER-a. Inercijsko ograničenje plazme još je jedan pristup u kojem se kapsule ispunjene teškim izotopima vodika implodiraju pomoću visokoenergetskih laserskih zraka.
Fusion studies conducted at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
Zajednica istraživanja fuzije već nekoliko desetljeća pokušava postići 'fuzijsko paljenje'; samoodrživa fuzijska reakcija. Dana 8th U kolovozu 2021. tim Laboratorija Lawrence došao je do praga 'fuzijskog paljenja' koji su postigli 5.th Prosinac 2022. Na današnji dan, kontrolirano paljenje fuzije na Zemlji postalo je stvarnost – postignuta prekretnica u znanosti!
***
