Надпреварата за-задвижвана от лазер термоядрена енергия се разгаря

През август 2022 г., когато екипът от учени от National Ignition Facility (NIF) на Lawrence Livermore National Lab (LLNL) изстреля изстрел, който постигна добив от 1,35 мегаджаула (MJ) термоядрена енергия с 1,9 MJ лазерна енергия, това беше дълго-очакван научен пробив, сигнализиращ за изгаряне на термоядрен синтез.

По-късно през същата година по време на друг експеримент с инерционен синтез (известен още като лазер-управляван синтез), учените постигнаха добив от 3,15 MJ термоядрена енергия с 2,05 MJ лазерна енергия и постигнаха запалване. Това беше реакция на термоядрен синтез, създадена в лабораторията-и постави началото на глобална надпревара за пускане на-свободна от въглерод -лазерна термоядрена енергия в мрежата до 2030-те или 2040-те години.

„Това беше повратна точка, когато NIF за първи път успешно показа, че инерционният синтез е възможен и ключът е наличието на правилния вид гориво -деутерий-тритий-и използването на лазери за компресирането и сливането му, за да се генерира печалба (повече енергия, отколкото вложена),“ казва Ариана Глийсън, научен сътрудник и заместник-директор на отдела за наука за висока енергийна плътност на SLAC. „Това е като да поддържаш горивото на звезда-само за част от секундата в лаборатория.“

През август 2022 г., когато екипът от учени от National Ignition Facility (NIF) на Lawrence Livermore National Lab (LLNL) изстреля изстрел, който постигна добив от 1,35 мегаджаула (MJ) термоядрена енергия с 1,9 MJ лазерна енергия, това беше дълго-очакван научен пробив, сигнализиращ за изгаряне на термоядрен синтез.

По-късно през същата година по време на друг експеримент с инерционен синтез (известен още като лазер-управляван синтез), учените постигнаха добив от 3,15 MJ термоядрена енергия с 2,05 MJ лазерна енергия и постигнаха запалване. Това беше реакция на термоядрен синтез, създадена в лабораторията-и постави началото на глобална надпревара за пускане на-свободна от въглерод -лазерна термоядрена енергия в мрежата до 2030-те или 2040-те години.

„Това беше повратна точка, когато NIF за първи път успешно показа, че инерционният синтез е възможен и ключът е наличието на правилния вид гориво -деутерий-тритий-и използването на лазери за компресирането и сливането му, за да се генерира печалба (повече енергия, отколкото вложена),“ казва Ариана Глийсън, научен сътрудник и заместник-директор на отдела за наука за висока енергийна плътност на SLAC. „Това е като да поддържаш горивото на звезда-само за част от секундата в лаборатория.“

Лазерната архитектура напредва за синтез

NIF е построен през 90-те години и включва лазерната технология на времето. „Сега създаваме лазери много по-ефективно, отколкото през 90-те години на миналия век. Технологията ни е напреднала до точка, в която можем да имаме високоефективни лазери с честота на повторение, от която се нуждаем за синтез -много изстрела в секунда“, казва Глензер. „Интересното е, че микрочиповете в iPhone се произвеждат с лазерна технология, която всъщност произлиза от програмата за лазерен синтез. Това беше първият търговски успех на лазерния синтез.“

В общността на термоядрения синтез лазерната технология бавно се отдалечава от по-старите архитектури, които работеха в миналото-лазерите с флаш лампа-изпомпвани или базирани на флаш лампа- бяха „много силен работен кон“, казва Глийсън. „Но ние се нуждаем от по-ефективни, така че използваме диодни-изпомпвани твърдотелни-лазери (DPSSL).“

Това означава, че веригата за доставки за DPSSL лазери трябва да бъде изградена, защото всички се движат към стандартната лазерна платформа IFE за необходимите тестове. „Влакнестите -лазери са един от методите за преместване на светлина от едно място на друго, използвани повсеместно от телекомите, но тъй като общността на термоядрения синтез се опитва да се възползва от текущото поколение лазерни архитектури и ние изграждаме по-големи лазери, трябва да внимаваме повече за това как нещата се охлаждат. Това е пространство за иновации за компаниите“, казва Глийсън.

Ексимерните лазери използват газ като среда и „имат силна история с Министерството на отбраната (DoD) за оръжия с насочена-енергия“, казва Глийсън. „Това е и основата за концепция за термоядрен синтез. Постигнат е голям напредък с ексимерните лазери, които се основават на десетилетия на физика и проучвания. Напредваме да имаме такъв мощен лазер-може би с по-малък отпечатък или с по-добра ефективност. Как охлаждате такава голяма лазерна структура? Това са места, където частните компании могат да разработят свой собствен таен сос.“

Хъбове за синтез STARFIRE и RISE

STARFIRE термоядреният център се ръководи от LLNL, със SLAC, за комерсиализиране на лазерно-задвижвана термоядрена енергия. Фокусът му е върху целевите дизайни с-високо усилване, производството на цели и DPSSL. Членовете включват MIT; Калифорнийски университет, Бъркли; Калифорнийски университет, Лос Анджелис; Калифорнийски университет, Сан Диего; Университет на Оклахома; Университет на Рочестър; Тексас A&M; Институт Фраунхофер за лазерни технологии; Фондация Livermore Lab; Национална лаборатория Оук Ридж; Национална лаборатория на река Савана; Focused Energy Inc.; General Atomics; Leonardo Electronics САЩ; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; и Xcimer Energy Corp.

Екипът има достъп до лазерни лаборатории в SLAC, така че имат възможност да използват източника на кохерентна светлина Linac (LCLS), единствения -електронен лазер без рентгенови лъчи (XFEL) в САЩ, за да изследват и изследват материали на капсули или термоядрено гориво. Работи на 120 Hz, но скоро ще работи на мегахерци.

„Използваме два лазера наведнъж в нашите експерименти в SLAC. Лазер с дълъг-импулс задвижва ударни вълни в пробата и след това я изследваме с LCLS, за да видим какво се случва на най-малката дължина и времеви мащаби, за да подобрим нашите физически модели“, казва Глийсън. „Трябва да сравним ябълки с ябълки, за да сравним дали нашият физически модел е правилен. Той е в основата не само на това, от което се нуждаят националните лаборатории, но също така дава на частните компании начин да предскажат дали част от тяхната концепция ще работи или не (например как симулират целевото си ангажиране). И ние им предоставяме тези критични данни, като използваме нашия достъп до различни платформи за лазери и инструменти.“

Друг център, RISE, се ръководи от SLAC и Щатския университет на Колорадо и включва експерти от университета Корнел, Университета на Илинойс, Тексас A&M, Националната лаборатория в Лос Аламос, Военноморската изследователска лаборатория и частни компании-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion и General Atomics-работещи върху различни подходи към лазерен драйвер.

„Всички имат надежден подход“, казва Глензър. „Но не е като една компания да се опитва да направи всичко това -това е общност и общонационален център за синтез. Изследователите се опитват да усъвършенстват технологиите и ние се учим един от друг, за да се опитаме да затворим пропуските в изследванията и технологиите до 2030 г.“

Инвеститорите често питат Glenzer коя компания за синтез да подкрепи. „Някои от лазерните компании могат да спечелят пари много по-рано, като доставят лазери за сваляне на дронове в отбранителното пространство“, казва той. „Но инвеститорите наистина не харесват идеята, защото искат пазар, който обслужва само термоядрения синтез и електричеството. Те всъщност искат тези компании да правят термоядрения синтез, за ​​да могат да продават електричество. Наистина е интересно колко са фокусирани върху осъществяването на термоядрения синтез.“

Общността на термоядрения синтез е „много наясно с изискванията на веригата за доставки за компаниите за термоядрения синтез, за ​​да разполагат с ресурсите не само да изградят своите демонстрационни пилотни планове, но след това да разполагат с-дългосрочен флот от реактори“, казва Глийсън. „Това е многостранен подход по отношение на това откъде можем да доставяме суровини и след това произведени компоненти в САЩ, за да създадем вътрешна верига за доставки. Това е ключово.“