레이저 핵융합로 접근’불타는 플라즈마’이정표

2010 년 10 월,미국 3 대 규모의 건물 축구장,로렌스 리버모어 국립 연구소의 연구자들은 192 레이저 빔을 구동 과속 트럭의 펀치와 펄스에 에너지를 집중,그리고 핵 연료의 펠렛 후추의 크기에 그것을 발사했다. 레이저보다 더 많은 에너지를 생산하는 융합 반응을 점화하는 것입니다.

10 년 후 거의 3000 샷,펜촉은 여전히 쾅보다 더 많은 탄산 음료를 생성,그들은 기화 및 내파 할 때 레이저 대상의 복잡하고 제대로 이해 행동에 의해 방해. 그러나 소형 폭발을 감시하기 위하여 더 나은 공구와 함께 새로운 표적 디자인 및 레이저 맥박 모양으로,니프 연구원은 믿는다”불타는 플라스마”로 알려진 중요한 중간 공정표에 가깝다:레이저 에너지의 입력 보다는 오히려 반응 자체의 열에 의해 지탱된 융해 화상.

자기 가열은 모든 연료를 태우고 폭주하는 에너지 이득을 얻는 열쇠입니다. 펜촉이 임계 값에 도달하면,시뮬레이션은 점화에 쉽게 경로를해야합니다 제안,리버모어의 융합 프로그램을 감독 마크 허만은 말한다. “우리는 가능한 한 열심히 밀고 있습니다.”라고 그는 말합니다. “당신은 우리의 이해에 가속을 느낄 수 있습니다.”외부인도 인상적입니다. 스티븐 로즈,런던 임페리얼 칼리지 관성 융합 연구 센터의 공동 이사는 말한다”당신은 종류의 꾸준한 진행과 적은 추측이 느낌,”. “그들은 전통적으로 개최 된 디자인에서 벗어나 새로운 것을 시도하고 있습니다.”

그러나 니프는 시간의 사치를 가질 수 없습니다. 핵폭발을 시뮬레이션하여 탄두의 신뢰성을 검증하는 실험인 비축 청지기 직분을 위해 더 많은 샷을 예약하기 위해 2012 년 60%에서 30%미만으로 점화작업에 투입된 핵폭발의 비율을 줄였습니다. 최근 몇 년 동안의 대통령 예산 요청은 의회가 그것을 보존하기 위해서만 펜촉과 다른 곳에서 관성 감금 융합에 대한 연구를 반복적으로 시도 해왔다. 국가핵안보청은 이 기계의 발전 상황을 5 년 만에 처음으로 검토하고 있다. 핵무기를 현대화하라는 압력 하에서,기관은 비축 청지기 직분을 향한 추가 변화를 결정할 수 있습니다. “점화 프로그램이 압착 될 것인가?”2010 년부터 2014 년까지 리버모어의 융합 에너지 노력을 감독 한 마이크 던에게 묻습니다. “배심원이 나왔다.”

융합은 쉽게 구할 수있는 수소 동위 원소에 의해 연료가 공급되고 수명이 긴 방사성 폐기물을 생성하지 않는 무 탄소 에너지 원으로 오랫동안 유지되어 왔습니다. 그러나 그것은 2035 년 이후 언젠가 에너지 이득을 달성하는 것을 목표로하는 프랑스의 이터 프로젝트와 같은 느린 연소 도넛 모양의 자기 용광로에 대해서도 먼 꿈으로 남아 있습니다.

펜촉 및 기타 관성 융합 장치는 용광로와 비슷하지 않고 내연 기관과 비슷하여 소형 연료 펠렛의 속사 폭발을 통해 에너지를 생성합니다. 일부 퓨전 레이저는 펠렛에서 빔을 똑바로 조준하는 반면,펜촉의 샷은 간접적입니다: 그 광선은 그 중심에있는 연료 캡슐을 수천만도까지 가열하고 수십억 대기로 압축하여 융합을 점화시키는 엑스레이의 펄스를 방출하는 호라움이라고 불리는 연필 지우개 크기의 금을 가열 할 수 있습니다.

그러나 점화 캠페인의 처음 3 년 동안의 샷은 엑스레이 펄스에 의해 캡슐에 펌핑 된 21 킬로 제이의 짧은 에너지와 원래의 레이저 펄스의 1.8 메가 줄(엠제이)의 짧은 에너지를 각각 약 1 킬로 줄만 산출했습니다. 초기 캠페인을 주도한 지그프리드 글렌저는 팀이 점화에 도달하는 것에 대해”지나치게 야심 차다”고 말했다. “우리는 시뮬레이션에 지나치게 의존했습니다.

점화 캠페인이 실패한 후,니프 연구원은 진단 장비를 강화했습니다. 그들은 더 많은 중성자 탐지기를 추가하여 융합 반응이 어디에서 일어나고 있는지 3 차원 뷰를 제공했습니다. 그들은 또한 대상에 가까운 얇은 와이어를 증발하기 위해 내파 후 높은 전력,초단파 순간 펄스를 생산하기 위해 자신의 레이저 빔의 네 적응. 이 전선은 압축 할 때 연료를 조사 할 수있는 엑스레이 플래시 전구 역할을합니다. “그것은 고양이 스캔처럼,”목성과 같은 거대한 행성의 핵심에 압력을 복제하는 펜촉을 사용하여 캘리포니아 버클리 대학의 행성 과학자 레이몬드 진로즈는 말한다. (니프 샷의 약 10%는 기초 과학에 전념합니다.

그들의 더 예리한 시각으로,연구원은 내파 연료 펠릿에서 에너지 누출을 추적했다. 하나는 촬영 전에 작은 튜브가 캡슐에 연료를 주입 한 지점에 왔습니다. 누출을 막기 위해 팀은 튜브를 더 얇게 만들었습니다. 다른 누출은 캡슐의 플라스틱 껍질로 거슬러 올라 갔기 때문에 연구원들은 단지 백만 분의 1 미터의 결함을 부드럽게하기 위해 제조를 개선했습니다. 개선 된 진단은”정말 개선이 필요한 것을 이해하는 과학자를하는 데 도움이,”레이저 에너지학에 대한 로체스터 대학의 연구소의 밍생 웨이는 말한다.

재판에 의한 화재

점화자체 가열 2017-19 큰 금강산 캡슐,긴 펄스 2013–15 플라스틱 캡슐,빠른 내파 2011–12 플라스틱 캡슐,느린 내파 06070504030201000.10.2 면적 밀도 핫 스팟(그램/센티미터 2)0.30.40.5 핫 스팟 온도(섭씨 수백만 도))

이 팀은 또한 20 나노초 레이저 펄스의 모양으로 연주했다. 초기 샷은 너무 빨리 연료를 가열하고 어렵게 압축 할 수 있도록 방지하기 위해,천천히 전력 램프 업. 플라스틱 캡슐이 압축하는 동안 연료,다소 수율을 밀어 전술과 혼합 적은 시간을 가질 수 있도록 나중에 펄스는 더 적극적으로 램프 업.

2017 년에 시작된 현재 캠페인에서 연구자들은 홀라움과 캡슐을 최대 20%확대하여 캡슐이 흡수 할 수있는 엑스레이 에너지를 증가시켜 온도를 높이고 있습니다. 압력을 높이기 위해 펄스의 지속 시간을 연장하고 플라스틱 캡슐에서 밀도가 높은 다이아몬드 캡슐로 전환하여 연료를보다 효율적으로 압축합니다.285>

그러나 헤르만은 이달 초 플라즈마 물리학 회의의 미국 물리 학회의 부문에서 논의 된 최근의 샷은,그것을 초과했다. 반복 샷은 약 100 킬로가 발생할 것으로 예측되는 연소 플라즈마에 도착 얼마나 가까이 측정 할 계획이다. “꽤 흥미 롭습니다.”라고 그는 말합니다.

심지어 최대 압축,연료의 연구자들은 연료의 중심이 융합 할만큼 충분히 뜨겁다 생각합니다. 그러나 고무적인 발견에서,그들은 핫 스폿이 융합 반응에 의해 생성 된 열광적으로 움직이는 헬륨 핵 또는 알파 입자로부터 가열 부스트를 얻고 있다는 증거를 봅니다. 펜촉이 조금 더 많은 에너지를 펌핑 할 수 있다면,그것은 뜨거운 지점에서 밖으로 경주 할 파도를 촉발한다,가는대로 연료를 연소.

헤르만은 팀이 여전히 시도 할 몇 가지 트릭을 가지고 있으며,각 트릭은 온도와 압력을 연소 플라즈마와 점화를 유지하기에 충분히 높은 수준으로 유도 할 수 있다고 말한다. 그들은 캡슐에 에너지를 더 잘 집중시키기 위해 다른 홀라움 모양을 테스트하고 있습니다. 그들은 엑스레이 에너지를 능률적으로 덫을 놓고 옮길 수 있던 두 배 벽으로 막힌 캡슐로 실험하고 있습니다. 그리고 캡슐 내의 거품에 연료를 적시보다는 캡슐 벽에 얼음으로 동결하여,그들은 더 나은 중앙 핫 스팟을 형성 할 수 있도록 노력하겠습니다.

점화에 도달하기에 충분합니까? 이 단계가 충분하지 않는 경우에,레이저 에너지를 밀어주는 것은 다음 선택권 일 것입니다. 연구원들이 4 개의 빔라인에 대한 업그레이드를 테스트했고,모든 빔에 업그레이드가 적용된다면 전체 시설을 3 엠제이에 가깝게 만들 수 있는 에너지 향상을 얻을 수 있었다.

이러한 업그레이드는 물론 시간과 돈이 걸릴 것입니다. 핵융합연구소와 다른 지역의 핵융합연구소 과학자들은 핵융합연구소 검토의 결론을 걱정스럽게 기다리고 있다. “우리는 얼마나 멀리 갈 수 있습니까?”허먼이 묻습니다. “저는 낙관주의자입니다. 우리는 가능한 한 펜촉을 밀어 낼 것입니다.”