У серпні 2022 року, коли команда вчених Національної запалювальної установки (NIF) Лоуренса Ліверморської національної лабораторії (LLNL) зробила постріл, у результаті якого було досягнуто 1,35 мегаджоуля (МДж) енергії термоядерного синтезу з 1,9 МДж лазерної енергії, це був довгоочікуваний науковий прорив, який сигналізував про термоядерне спалювання.
Пізніше того ж року під час іншого експерименту з інерційним термоядерним синтезом (він же лазерний -керований синтез) вчені досягли виходу 3,15 МДж термоядерної енергії з 2,05 МДж лазерної енергії та досягли запалювання. Це була реакція термоядерного синтезу, створена в лабораторії-і вона поклала початок глобальній гонці за впровадженням-безвуглецевої лазерної-енергії термоядерного синтезу в мережу до 2030-х або 2040-х років.
«Це був переломний момент, коли NIF вперше успішно показав, що інерційний термоядерний синтез можливий, і ключем до цього є наявність правильного виду палива-дейтерій-тритій-і використання лазерів для його стиснення та злиття для отримання посилення (більше енергії, ніж вкладено), — каже Аріанна Глісон, науковий співробітник і заступник директора відділу науки про щільність високої енергії SLAC. «Це ніби підтримувати паливо зірки-лише на частку секунди в лабораторії».
У серпні 2022 року, коли команда вчених Національної запалювальної установки (NIF) Лоуренса Ліверморської національної лабораторії (LLNL) зробила постріл, у результаті якого було досягнуто 1,35 мегаджоуля (МДж) енергії термоядерного синтезу з 1,9 МДж лазерної енергії, це був довгоочікуваний науковий прорив, який сигналізував про термоядерне спалювання.
Пізніше того ж року під час іншого експерименту з інерційним термоядерним синтезом (він же лазерний -керований синтез) вчені досягли виходу 3,15 МДж термоядерної енергії з 2,05 МДж лазерної енергії та досягли запалювання. Це була реакція термоядерного синтезу, створена в лабораторії-і вона поклала початок глобальній гонці за впровадженням-безвуглецевої лазерної-енергії термоядерного синтезу в мережу до 2030-х або 2040-х років.
«Це був переломний момент, коли NIF вперше успішно показав, що інерційний термоядерний синтез можливий, і ключем до цього є наявність правильного виду палива-дейтерій-тритій-і використання лазерів для його стиснення та злиття для отримання посилення (більше енергії, ніж вкладено), — каже Аріанна Глісон, науковий співробітник і заступник директора відділу науки про щільність високої енергії SLAC. «Це ніби підтримувати паливо зірки-лише на частку секунди в лабораторії».
Лазерна архітектура прогресує для синтезу
NIF був побудований у 1990-х роках і використовує лазерну технологію того часу. «Зараз ми створюємо лазери набагато ефективніше, ніж у 1990-х роках. Наша технологія просунулася до такого рівня, коли ми можемо мати високоефективні лазери з частотою повторення, необхідною для термоядерного синтезу-багатьма пострілами за секунду», — каже Гленцер. «Цікаво, що мікрочіпи всередині iPhone виробляються за допомогою лазерної технології, яка фактично виникла в рамках програми лазерного синтезу. Це був перший комерційний успіх лазерного синтезу».
У спільноті термоядерного синтезу лазерна технологія повільно відходить від старих архітектур, які працювали в минулому-лазери з лампою-спалахом-накачуванням або на основі лампи-спалаху-були «дуже сильною робочою конячкою», каже Глісон. «Але нам потрібні ефективніші, тому ми використовуємо твердотільні лазери-з діодною{5}}накачуванням (DPSSL)».
Це означає, що ланцюжок постачання для лазерів DPSSL потрібно розбудувати, оскільки всі рухаються до стандартної лазерної платформи IFE для необхідних тестів. «Волоконно{1}}лазери — це один із методів переміщення світла з одного місця в інше, який повсюдно використовується телекомунікаційними компаніями, але оскільки співтовариство термоядерного синтезу намагається скористатися перевагами поточного покоління лазерних архітектур, і ми створюємо більші лазери, нам потрібно більше уважно ставитися до способів охолодження. Це інноваційний простір для компаній», — говорить Глісон.
Ексимерні лазери використовують газ як середовище, і «мають міцну історію в Міністерстві оборони (DoD) щодо зброї спрямованої- енергії», — каже Глісон. "Це також є основою для концепції термоядерного синтезу. Значний прогрес досягнуто з ексимерними лазерами, які базуються на десятиліттях фізики та досліджень. Ми досягаємо прогресу, щоб мати такий потужний лазер-, можливо, меншого розміру або з кращою ефективністю. Як охолодити таку велику лазерну структуру? Це місця, де приватні компанії можуть розробити власний секретний соус".
Fusion хаби STARFIRE і RISE
Центр термоядерного синтезу STARFIRE очолює LLNL разом із SLAC для комерціалізації лазерної-енергії термоядерного синтезу. Його зосереджено на високо{2}}конструкції мішеней, виробництві мішеней і DPSSL. Члени включають MIT; Каліфорнійський університет, Берклі; Каліфорнійський університет, Лос-Анджелес; Каліфорнійський університет, Сан-Дієго; Університет Оклахоми; Рочестерський університет; Техас A&M; Інститут лазерної технології Фраунгофера; Фонд Ліверморської лабораторії; Національна лабораторія Оук-Рідж; Національна лабораторія річки Саванна; Focused Energy Inc.; General Atomics; Leonardo Electronics США; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; і Xcimer Energy Corp.
Команда має доступ до лазерних лабораторій у SLAC, тож у них є можливість використовувати джерело когерентного світла Linac (LCLS), єдиний у США електронний лазер без рентгенівських{1}}променів (XFEL) для зондування та дослідження матеріалів капсул або термоядерного палива. Він працює на частоті 120 Гц, але незабаром буде працювати в мегагерцах.
«У наших експериментах у SLAC ми використовуємо два лазери одночасно. Довгий-імпульсний лазер направляє ударні хвилі в зразок, а потім ми досліджуємо його за допомогою LCLS, щоб побачити, що відбувається на найдрібніших масштабах довжини та часу, щоб покращити наші фізичні моделі», — говорить Глісон. «Нам потрібно порівняти яблука з яблуками, щоб перевірити, чи правильна наша фізична модель. Це лежить в основі не лише того, що потрібно національним лабораторіям, але й дає приватним компаніям спосіб передбачити, чи спрацює частина їхньої концепції чи ні (наприклад, як вони моделюють свою цільову взаємодію). І ми надаємо їм ці важливі дані, використовуючи наш доступ до різних платформ лазерів і приладів».
Інший центр, RISE, очолюють SLAC і Університет штату Колорадо, до якого входять експерти з Корнельського університету, Університету Іллінойсу, Техаського університету й медицини, Національної лабораторії Лос-Аламоса, Лабораторії військово-морських досліджень і приватних компаній-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion і General Atomics-, які працюють над різними підходами до лазерного драйвера.
«У всіх є надійний підхід», — каже Глензер. «Але це не те, що одна компанія намагається все це зробити-це спільнота та загальнонаціональний центр термоядерного синтезу. Дослідники намагаються вдосконалювати технології, і ми вчимося один в одного, щоб спробувати закрити прогалини в дослідженнях і технологіях до 2030-х років».
Глензера часто запитують інвестори, яку термоядерну компанію підтримати. «Деякі лазерні компанії можуть заробляти гроші набагато раніше, доставляючи лазери для збивання дронів у оборонному просторі», — каже він. «Але інвесторам не дуже подобається ця ідея, тому що вони хочуть мати ринок, який обслуговує лише термоядерний синтез і електроенергію. Вони насправді хочуть, щоб ці компанії виробляли термоядерний синтез, щоб вони могли продавати електроенергію. Справді цікаво, наскільки вони зосереджені на тому, щоб відбутися термоядерний синтез».
Спільнота термоядерного синтезу «дуже добре обізнана про вимоги до ланцюга постачання для компаній термоядерного синтезу, щоб мати ресурси не лише для створення своїх демонстраційних пілотних планів, але й для довгострокового -парку реакторів», — каже Глісон. «Це багатосторонній підхід з точки зору того, де ми можемо отримати сировину, а потім виготовлені компоненти в США, щоб налагодити внутрішній ланцюг поставок. Це ключове».
2030-ті чи 2040-ті роки для пілотної термоядерної установки?
Державно-приватне партнерство та фінансування мають вирішальне значення, щоб навіть наблизитися до впровадження лазерного-ядерного синтезу в мережу в 2030-х роках.
«Наша роль полягає в першу чергу в підтримці критичної технології, яка потрібна індустрії термоядерного синтезу/приватним компаніям, і зневажити її», — говорить Глісон. «Але деякі компанії кажуть, що очікують, що це станеться протягом 2030-х років».
Міністерство енергетики США поставило ціль до 2030-х років. «Це означає, що ми хочемо закрити всі прогалини в технологіях і дослідницьких технологіях, деякі до середини 2030-х років, а потім побудувати пілотний завод», — говорить Гленцер. «Це дійсно залежить від того, скільки грошей буде інвестовано, але реалістично очікувати пілотний завод наприкінці 2030-х або на початку 2040-х».
