5 grudnia naukowcy z National Ignition Facility dokonali przełomu w syntezie jądrowej, wywołując reakcję ze wzrostem energii. Może to być krok w kierunku świata w odległej przyszłości, w którym fuzja jest źródłem energii.

Wewnątrz przełomu syntezy jądrowej, który może być krokiem do nieograniczonej czystej energii w odległej przyszłości

W zeszłym miesiącu najbliższa Ziemi gwiazda znajdowała się w Kalifornii. W laboratorium po raz pierwszy największe na świecie lasery zmusiły atomy wodoru do łączenia się w ten sam rodzaj reakcji wytwarzającej energię, która wypala słońce. Trwało to mniej niż miliardową część sekundy. Ale po sześciu dekadach trudu i niepowodzeń Lawrence Livermore National Laboratory udowodniło, że można to zrobić. Jeśli pewnego dnia synteza jądrowa stanie się energią komercyjną, będzie nieskończona i bezemisyjna. Innymi słowy, zmieniłoby to ludzkie przeznaczenie. Jak widać, do celu jest daleko. Ale po grudniowym przełomie zostaliśmy zaproszeni do zwiedzania laboratorium i poznania zespołu, który sprowadził moc gwiazd na Ziemię.

Niekontrolowana fuzja jest łatwa do opanowania, tak dawno temu filmy były czarno-białe. Fuzja jest tym, co robi bomba wodorowa, uwalniając energię, zmuszając atomy wodoru do łączenia się. To, co było niemożliwe, to wykorzystanie ognia Armageddonu w coś pożytecznego.

Narodowe Laboratorium Lawrence Livermore Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych pomaga w utrzymaniu broni jądrowej i eksperymentach z fizyką wysokich energii. Godzinę drogi na wschód od San Francisco spotkaliśmy się z dyrektorem Livermore, Kim Budil, w laboratorium, które przeszło do historii, National Ignition Facility.

Kim Budil: National Ignition Facility to największy i najbardziej energetyczny laser na świecie. Budowano go od lat 1990. XX wieku, aby stworzyć w laboratorium warunki, które wcześniej były dostępne tylko w najbardziej ekstremalnych obiektach we wszechświecie, takich jak centra planet-olbrzymów, słońce lub w działającej broni jądrowej. A celem była naprawdę możliwość szczegółowego zbadania tego rodzaju bardzo wysokoenergetycznych warunków o dużej gęstości.

fusionscreengrabs01.jpg
  Kim Budił

National Ignition Facility, czyli NIF, zostało zbudowane za 3.5 miliarda dolarów, aby zapalić samowystarczalną syntezę jądrową. Próbowali prawie 200 razy w ciągu 13 lat. Ale jak samochód ze słabym akumulatorem, atomowy „silnik” nigdy by się nie obrócił.

Scott Pelley: NIF narysował kilka pseudonimów.

Kim Budil: Tak. Od wielu lat „Zakład Nie Zapłon”, „Zakład Nigdy Zapłon”. Niedawno „Prawie obiekt zapłonu”. Tak więc to ostatnie wydarzenie naprawdę umieściło Zapłon w NIF.

Zapłon oznacza zainicjowanie reakcji syntezy jądrowej, która emituje więcej energii niż lasery.

Kim Budil: Więc jeśli uda ci się rozgrzać to wystarczająco gorąco, wystarczająco gęsto, wystarczająco szybko i utrzymać to razem wystarczająco długo, reakcje syntezy jądrowej zaczną się samo podtrzymywać. I tak właśnie stało się tutaj 5 grudnia.

Pokój kontrolny w National Ignition Facility

W zeszłym miesiącu strzał laserowy wystrzelony z tej sterowni dostarczył do eksperymentu dwie jednostki energii, atomy zaczęły się łączyć i wyszło około trzech jednostek energii. Tammy Ma, która prowadzi laboratorium w zakresie badań nad fuzją laserową, odebrała telefon, czekając na samolot.

Tammy Ma: I rozpłakałam się. To były tylko łzy radości. I właściwie fizycznie zacząłem się trząść i – i skakać w górę iw dół, wiesz, przy bramce, zanim wszyscy wejdą na pokład. Wszyscy mówili: „Co robi ta szalona kobieta?”

Tammy Ma ma bzika na punkcie inżynierii.

Rury, które dostarczają energię do laserów

Pokazała nam, dlaczego problem syntezy jądrowej doprowadza każdego do łez. Po pierwsze, potrzebna jest energia dostarczana przez lasery w rurach dłuższych niż boisko do piłki nożnej.

Scott Pelley: A ile ich jest razem?

Tammy Ma: łącznie 192 lasery.

Scott Pelley: Każdy z tych laserów jest jednym z najbardziej energetycznych na świecie, a masz ich 192.

Tammy Ma: To całkiem fajne, prawda?

Właściwie całkiem gorąco, miliony stopni, dlatego używają kluczy do blokowania laserów.

Wiązki uderzają z mocą 1,000 razy większą niż cała krajowa sieć energetyczna. Twoje światła nie gasną w domu, kiedy robią zdjęcie, ponieważ kondensatory magazynują energię elektryczną. W rurkach wiązki laserowe wzmacniają się, pędząc tam i z powrotem, a błysk trwa ułamek sekundy.

Tammy Ma: Musimy dojść do tych niesamowitych warunków; gorętszy, gęstszy niż centrum Słońca, więc potrzebujemy całej energii lasera, aby osiągnąć te bardzo wysokie gęstości energii.

Całe to uderzenie powoduje, że cel jest prawie zbyt mały, by go zobaczyć.

Cel laserów

Scott Pelley: Czy mogę to potrzymać?

Michael Stadermann: Oczywiście

Scott Pelley: Niewiarygodne. Absolutnie wspaniałe.

Zespół Michaela Stadermanna buduje wydrążone pociski, które są ładowane wodorem w temperaturze 430 stopni poniżej zera.

Michael Stadermann: Precyzja, której potrzebujemy do wykonania tych muszli, jest ekstremalna. Muszle są prawie idealnie okrągłe. Mają szorstkość sto razy lepszą niż lustro.

Michaela Stadermanna

Gdyby nie był gładszy niż lustro, niedoskonałości spowodowałyby, że implozja atomów byłaby nierówna, powodując fiasko syntezy jądrowej.

Scott Pelley: Więc muszą być tak bliskie ideału, jak to tylko możliwe.

Michael Stadermann: Zgadza się. Zgadza się i uważamy, że są to jedne z najdoskonalszych przedmiotów, jakie mamy na Ziemi.

Laboratorium Stadermanna dąży do perfekcji, odparowując węgiel i formując skorupę z diamentu. Budują 1,500 rocznie, aby 150 było prawie idealnych.

Michael Stadermann: Wszystkie komponenty są zbierane razem pod mikroskopem. A potem montażysta za pomocą elektromechanicznych stolików układa części tam, gdzie powinny – przesuwa je razem, a następnie za pomocą włosa nakładamy klej.

Scott Pelley: Włosy?

Michael Stadermann: Tak. Zwykle coś w rodzaju rzęsy lub czegoś podobnego, albo kociego wąsa.

Scott Pelley: Klej nakładasz kocim wąsem?

Michael Stadermann: Zgadza się.

Scott Pelley: Dlaczego to musi być takie małe?

Michael Stadermann: Laser daje nam tylko skończoną ilość energii, a do napędzania większej kapsuły potrzebowalibyśmy więcej energii. Więc to ograniczenie obiektu, które widzieliście, jest bardzo duże. I pomimo jego dużych rozmiarów, mniej więcej tym możemy nim jeździć.

Scott Pelley: Cel mógłby być większy, ale wtedy laser musiałby być większy.

Michael Stadermann: Zgadza się.

5 grudnia użyli grubszego celu, aby dłużej utrzymywał swój kształt, i wymyślili, jak zwiększyć moc strzału laserowego bez uszkadzania laserów.

Tammy Ma: Więc to jest przykład celu przed strzałem…

Nienaruszony zespół docelowy

Tammy Ma pokazała nam nienaruszony zespół docelowy. Ta diamentowa skorupa, którą widziałeś, jest wewnątrz tego srebrnego cylindra.

Komora próżniowa

Ten zespół trafia do niebieskiej komory próżniowej o wysokości trzech pięter. Trudno to zobaczyć, ponieważ jest najeżone laserami i instrumentami.

Dante

Ten instrument nazywają Dante, ponieważ, jak nam powiedzieli, mierzy ogień piekielny. Jeden z fizyków powiedział: „Powinieneś zobaczyć cel, który wysadziliśmy 5 grudnia”.

Co sprawiło, że zapytaliśmy: „Czy możemy?”

Scott Pelley: Widziałeś to już wcześniej?

Tammy Ma: Widzę to po raz pierwszy.

Cel wysadzony w powietrze 5 grudnia

Czytaj więcej u źródła: Wewnątrz przełomu syntezy jądrowej, który może być krokiem do nieograniczonej czystej energii w odległej przyszłości – CBS News

Tłumacz