Учените от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) са постигнали синтез запалване и енергия на нулата. На 5th Декември 2022 г. изследователският екип проведе експеримент с контролиран термоядрен синтез с помощта на лазери, когато 192 лазерни лъча доставят повече от 2 милиона джаула ултравиолетова енергия към малка горивна пелета в криогенната целева камера и постигат енергийна рентабилност, което означава, че експериментът с термоядрения синтез е произвел повече енергия от осигурен от лазера, за да го управлява. Този пробив беше постигнат за първи път в историята след десетилетия упорита работа. Това е крайъгълен камък в науката и има значителни последици за перспективата за чиста термоядрена енергия в бъдеще към икономика с нулеви въглеродни емисии, за борба с изменението на климата и за поддържане на ядрено възпиране, без да се прибягва до ядрени опити за национална отбрана. По-рано, на 8thАвгуст 2021 г. изследователският екип е достигнал прага на запалване от термоядрен синтез. Експериментът е произвел повече енергия от всеки друг предишен експеримент с термоядрен синтез, но не е постигнат енергиен пробив. Последният експеримент, проведен на 5th Декември 2022 г. постигна постижението на енергийна безупречност, като по този начин предостави доказателство за концепцията, че контролираният ядрен синтез може да се използва за задоволяване на енергийните нужди, въпреки че практическото търговско приложение на термоядрената енергия може да е все още много далеч.
ядрен реакциите дават големи количества енергия, еквивалентни на количеството загубена маса, съгласно уравнението на симетрия маса-енергия E=MC2 на Айнщайн. Реакциите на делене, включващи разпадане на ядра от ядрено гориво (радиоактивни елементи като уран-235), понастоящем се използват в ядрените реактори за генериране на енергия. Въпреки това, базираните на ядрено делене реактори са изложени на висок риск за хората и околната среда, както се вижда в случая с Чернобил, и са известни с генерирането на опасни радиоактивни отпадъци с много дълъг период на полуразпад, които са изключително трудни за изхвърляне.
В природата звезди като нашето слънце, ядрен синтез включващ сливането на по-малки водородни ядра е механизмът за генериране на енергия. Ядреният синтез, за разлика от ядреното делене, изисква изключително висока температура и налягане, за да се даде възможност на ядрата да се слеят. Това изискване за изключително висока температура и налягане е изпълнено в сърцевината на слънцето, където синтезът на водородни ядра е ключовият механизъм за генериране на енергия, но пресъздаването на тези екстремни условия на земята досега не е било възможно в контролирани лабораторни условия и в резултат на това, реакторите за ядрен синтез все още не са реалност. (Неконтролираният термоядрен синтез при екстремни температура и налягане, създадени от задействане на устройство за делене, е принципът зад водородното оръжие).
Артър Едингтън беше първият, който предположи през далечната 1926 г., че звездите черпят енергията си от синтеза на водород в хелий. Първата директна демонстрация на ядрен синтез беше в лаборатория през 1934 г., когато Ръдърфорд показа сливането на деутерий в хелий и забеляза, че по време на процеса се получава „огромен ефект“. С оглед на огромния му потенциал да осигурява неограничена чиста енергия, имаше съгласувани усилия от учени и инженери по целия свят да възпроизведат ядрения синтез на Земята, но това беше трудна задача.
При екстремни температури електроните се отделят от ядрата и атомите се превръщат в йонизиран газ, състоящ се от положителни ядра и отрицателни електрони, това, което наричаме плазма, която е една милионна пъти по-малко плътна от въздуха. Това прави синтез среда много слаба. За да се осъществи ядрен синтез в такава среда (която може да произведе значително количество енергия), трябва да бъдат изпълнени три условия; трябва да има много висока температура (която може да провокира сблъсъци с висока енергия), трябва да има достатъчна плътност на плазмата (за да се увеличи вероятността от сблъсъци) и плазмата (която има склонност да се разширява) трябва да бъде ограничена за достатъчен период от време, за да активирайте сливането. Това прави развитието на инфраструктурата и технологията за задържане и контрол на гореща плазма ключов фокус. Могат да се използват силни магнитни полета за справяне с плазмата, както в случая с Токамак на ITER. Инерционното ограничаване на плазмата е друг друг подход, при който капсули, пълни с тежки водородни изотопи, се имплодират с помощта на високоенергийни лазерни лъчи.
Проучванията на термоядрения синтез, проведени в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) на NIF, използваха лазерно задвижвани техники на имплозия (синтез с инерционно ограничаване). По принцип капсули с милиметрови размери, пълни с деутерий и тритий, се имплодират с лазери с висока мощност, които генерират рентгенови лъчи. Капсулата се нагрява и се превръща в плазма. Плазмата се ускорява навътре, създавайки екстремни условия на налягане и температура, когато горивата в капсулата (атоми на деутерий и тритий) се сливат, освобождавайки енергия и няколко частици, включително алфа частици. Освободените частици взаимодействат със заобикалящата плазма и я нагряват допълнително, което води до повече реакции на синтез и освобождаване на повече „енергия и частици“, като по този начин се създава самоподдържаща се верига от реакции на синтез (наречена „запалване на синтез“).
Изследователската общност на термоядрения синтез се опитва от няколко десетилетия да постигне „запалване на термоядрения синтез“; самоподдържаща се реакция на синтез. На 8th През август 2021 г. екипът на лабораторията на Лорънс стигна до прага на „запалване на термоядрения синтез“, който те постигнаха на 5th Декември 2022 г. На този ден контролираното запалване на термоядрения синтез на Земята стана реалност – постигнат крайъгълен камък в науката!
***
