The scientists at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) have achieved saplūšana ignition and enerģija break-even. On 5th 2022. gada decembrī pētnieku grupa veica kontrolētu kodolsintēzes eksperimentu, izmantojot lāzerus, kad 192 lāzera stari piegādāja vairāk nekā 2 miljonus džoulu UV enerģijas mazai degvielas granulai kriogēnajā mērķa kamerā un sasniedza enerģijas līdzsvara samazināšanos, kas nozīmē, ka kodolsintēzes eksperiments radīja vairāk enerģijas nekā nodrošina lāzers, lai to vadītu. Šis izrāviens tika sasniegts pirmo reizi vēsturē pēc gadu desmitiem ilga smaga darba. Šis ir pagrieziena punkts zinātnē, un tam ir būtiska ietekme uz tīras kodolsintēzes enerģijas perspektīvu nākotnē virzībā uz ekonomiku ar nulles oglekļa emisiju, cīņu pret klimata pārmaiņām un kodolenerģijas atturēšanas saglabāšanu, neizmantojot kodolizmēģinājumus valsts aizsardzībai. Iepriekš, 8th2021. gada augustā pētnieku grupa bija sasniegusi kodolsintēzes aizdegšanās slieksni. Eksperiments radīja vairāk enerģijas nekā jebkurš cits iepriekšējais kodolsintēzes eksperiments, taču enerģijas līdzsvars netika sasniegts. Pēdējais eksperiments tika veikts 5th 2022. gada decembris ir paveicis enerģijas līdzsvara samazinājumu, tādējādi nodrošinot koncepcijas pierādījumu, ka kontrolētu kodolsintēzi var izmantot, lai apmierinātu enerģijas vajadzības, tomēr praktiska komerciāla kodolsintēzes enerģijas izmantošana joprojām var būt ļoti tālu.
Kodola reakcijas dod lielu enerģijas daudzumu, kas līdzvērtīgs zaudētās masas daudzumam, saskaņā ar masas un enerģijas simetrijas vienādojumu E=MC2 no Einšteina. Skaldīšanas reakcijas, kas saistītas ar kodoldegvielas (radioaktīvo elementu, piemēram, urāna-235) kodolu sadalīšanos, pašlaik tiek izmantotas kodolreaktoros enerģijas ražošanai. Tomēr kodola skaldīšanas reaktori rada lielus riskus cilvēkiem un videi, kā redzams Černobiļas gadījumā, un tie rada bīstamus radioaktīvos atkritumus ar ļoti ilgu pussabrukšanas periodu, kurus ir ārkārtīgi grūti apglabāt.
Dabā zvaigznēm patīk mūsu saule, kodolsintēze mazāku ūdeņraža kodolu saplūšana ir enerģijas ražošanas mehānisms. Kodolsintēzei, atšķirībā no kodola skaldīšanas, ir nepieciešama ārkārtīgi augsta temperatūra un spiediens, lai kodoli varētu apvienoties. Šī ārkārtīgi augstās temperatūras un spiediena prasība ir izpildīta saules kodolā, kur ūdeņraža kodolu saplūšana ir galvenais enerģijas ražošanas mehānisms, taču šo ekstrēmo apstākļu atjaunošana uz Zemes līdz šim nav bijusi iespējama kontrolētos laboratorijas apstākļos, un tāpēc kodolsintēzes reaktori vēl nav realitāte. (Ūdeņraža ieroča princips ir nekontrolēta kodolsintēze ekstremālā temperatūrā un spiedienā, ko rada skaldīšanas ierīces iedarbināšana).
Tas bija Arturs Edingtons, kurš tālajā 1926. gadā pirmo reizi ierosināja, ka zvaigznes iegūst enerģiju no ūdeņraža saplūšanas hēlijā. Pirmā tiešā kodolsintēzes demonstrācija notika laboratorijā 1934. gadā, kad Raterfords parādīja deitērija saplūšanu hēlijā un novēroja, ka procesa laikā tika radīts milzīgs efekts. Ņemot vērā tās milzīgo potenciālu nodrošināt neierobežotu tīru enerģiju, zinātnieki un inženieri visā pasaulē ir kopīgi centušies atkārtot kodolsintēzi uz Zemes, taču tas ir bijis kalnup uzdevums.
Ekstrēmās temperatūrās elektroni atdalās no kodoliem un atomi kļūst par jonizētu gāzi, kas sastāv no pozitīviem kodoliem un negatīviem elektroniem, ko mēs saucam par plazmu, kas ir vienu miljono daļu reižu mazāk blīva nekā gaiss. Tas padara saplūšana vide ļoti niecīga. Lai kodolsintēze notiktu šādā vidē (kas varētu dot ievērojamu enerģijas daudzumu), ir jāievēro trīs nosacījumi; jābūt ļoti augstai temperatūrai (kas var izraisīt lielas enerģijas sadursmes), jābūt pietiekamam plazmas blīvumam (lai palielinātu sadursmju iespējamību) un plazmai (kurai ir tendence izplesties) jābūt ierobežotai pietiekami ilgu laiku, iespējot saplūšanu. Tādējādi galvenā uzmanība tiek pievērsta infrastruktūras un tehnoloģiju attīstībai karstās plazmas ierobežošanai un kontrolei. Spēcīgus magnētiskos laukus varētu izmantot, lai tiktu galā ar plazmu, piemēram, ITER Tokamaka gadījumā. Plazmas inerciālā norobežošana ir vēl viena pieeja, kurā kapsulas, kas pildītas ar smagajiem ūdeņraža izotopiem, tiek eksplodētas, izmantojot augstas enerģijas lāzera starus.
Kodolsintēzes pētījumos, kas tika veikti NIF Lawrence Livermore Nacionālajā laboratorijā (LLNL), tika izmantotas ar lāzeru vadītas sabrukšanas metodes (inerciālā norobežojuma saplūšana). Būtībā milimetra izmēra kapsulas, kas pildītas ar deitēriju un tritiju, tika spridzinātas ar lieljaudas lāzeriem, kas rada rentgena starus. Kapsula tiek uzkarsēta un pārvēršas plazmā. Plazma paātrinās uz iekšu, radot ārkārtējus spiediena un temperatūras apstākļus, kad degviela kapsulā (deitērija un tritija atomi) saplūst, atbrīvojot enerģiju un vairākas daļiņas, tostarp alfa daļiņas. Atbrīvotās daļiņas mijiedarbojas ar apkārtējo plazmu un to tālāk uzkarsē, izraisot vairāk saplūšanas reakciju un vairāk “enerģijas un daļiņu”, tādējādi izveidojot pašpietiekamu kodolsintēzes reakciju ķēdi (ko sauc par “sintēzes aizdedzi”).
Kodolsintēzes pētniecības kopiena jau vairākus gadu desmitus ir mēģinājusi panākt kodolsintēzes aizdegšanos; pašpietiekama saplūšanas reakcija. 8th 2021. gada augustā Lawrence Laboratory komanda sasniedza kodolsintēzes aizdedzes slieksni, ko viņi ir sasnieguši 5.th 2022. gada decembris. Šajā dienā kontrolēta kodolsintēzes aizdedze uz Zemes kļuva par realitāti — zinātnes pavērsiens ir sasniegts!
***
