Perlumbaan Untuk Tenaga Fusion{0}}didorong Laser Semakin Panas

Pada Ogos 2022, apabila pasukan saintis di Lawrence Livermore National Lab's (LLNL) National Ignition Facility (NIF) melepaskan tembakan yang mencapai hasil 1.35 megajoule (MJ) tenaga gabungan dengan 1.9 MJ tenaga laser, ia merupakan satu kejayaan -panduan saintifik yang ditunggu-tunggu.

Kemudian pada tahun yang sama semasa satu lagi percubaan pelakuran inersia (aka laser-gabungan didorong), saintis mencapai hasil 3.15 MJ tenaga gabungan dengan 2.05 MJ tenaga laser dan mencapai pencucuhan. Ia merupakan tindak balas pelakuran termonuklear yang dicipta dalam makmal-dan ia memulakan perlumbaan global untuk meletakkan tenaga gabungan-laser bebas-karbon pada grid menjelang 2030-an atau 2040-an.

"Ini adalah titik perubahan apabila NIF pertama kali berjaya menunjukkan bahawa pelakuran inersia adalah mungkin, dan kuncinya ialah mempunyai jenis bahan api-deuterium-tritium-yang betul dan menggunakan laser untuk memampatkan dan menggabungkannya untuk menjana keuntungan (lebih banyak tenaga yang dikeluarkan daripada dimasukkan)," kata Arianna Gleason, kakitangan saintis kakitangan dan timbalan pengarah Sains Tenaga Tinggi Den AC. "Ia seperti mengekalkan bahan api bintang-hanya untuk pecahan saat dalam makmal."

Pada Ogos 2022, apabila pasukan saintis di Lawrence Livermore National Lab's (LLNL) National Ignition Facility (NIF) melepaskan tembakan yang mencapai hasil 1.35 megajoule (MJ) tenaga gabungan dengan 1.9 MJ tenaga laser, ia merupakan satu kejayaan -panduan saintifik yang ditunggu-tunggu.

Kemudian pada tahun yang sama semasa satu lagi percubaan pelakuran inersia (aka laser-gabungan didorong), saintis mencapai hasil 3.15 MJ tenaga gabungan dengan 2.05 MJ tenaga laser dan mencapai pencucuhan. Ia merupakan tindak balas pelakuran termonuklear yang dicipta dalam makmal-dan ia memulakan perlumbaan global untuk meletakkan tenaga gabungan-laser bebas-karbon pada grid menjelang 2030-an atau 2040-an.

"Ini adalah titik perubahan apabila NIF pertama kali berjaya menunjukkan bahawa pelakuran inersia adalah mungkin, dan kuncinya ialah mempunyai jenis bahan api-deuterium-tritium-yang betul dan menggunakan laser untuk memampatkan dan menggabungkannya untuk menjana keuntungan (lebih banyak tenaga yang dikeluarkan daripada dimasukkan)," kata Arianna Gleason, kakitangan saintis kakitangan dan timbalan pengarah Sains Tenaga Tinggi Den AC. "Ia seperti mengekalkan bahan api bintang-hanya untuk pecahan saat dalam makmal."

Kemajuan seni bina laser untuk gabungan

NIF dibina pada tahun 1990-an dan menampilkan teknologi laser pada masa itu. "Kami membina laser dengan lebih cekap sekarang berbanding yang kami lakukan pada tahun 1990-an. Teknologi kami telah maju ke tahap di mana kami boleh memiliki laser yang sangat cekap pada kadar pengulangan yang kami perlukan untuk gabungan-banyak tangkapan sesaat," kata Glenzer. "Menariknya, cip mikro di dalam iPhone dihasilkan dengan teknologi laser yang sebenarnya keluar daripada program gabungan laser. Ia merupakan kejayaan komersial pertama gabungan laser."

Dalam komuniti gabungan, teknologi laser perlahan-lahan beralih daripada seni bina lama yang bekerja pada masa lalu-lampu kilat-laser berasaskan pam atau lampu kilat-adalah "kuda kerja yang sangat kuat," kata Gleason. "Tetapi kami memerlukan yang lebih cekap, jadi kami menggunakan-laser keadaan pepejal-diod (DPSSL)."

Ini bermakna rantaian bekalan untuk laser DPSSL perlu dibina, kerana semua orang sedang bergerak ke arah platform laser standard IFE untuk ujian yang diperlukan. "Laser gandingan gentian-adalah satu kaedah untuk memindahkan cahaya dari satu lokasi ke lokasi lain, digunakan di mana-mana oleh telekomunikasi, tetapi apabila komuniti gabungan cuba memanfaatkan seni bina laser generasi semasa dan kami membina laser yang lebih besar, kami perlu lebih berhati-hati tentang cara keadaan menjadi sejuk. Ia adalah ruang inovasi untuk syarikat," kata Gleason.

Laser excimer menggunakan gas sebagai medium dan "mempunyai sejarah kukuh dengan Jabatan Pertahanan (DoD) untuk senjata tenaga terarah-," kata Gleason. "Ia juga merupakan asas untuk konsep gabungan. Kemajuan besar sedang dibuat dengan laser excimer, yang berdiri pada dekad fizik dan kajian. Kami membuat kemajuan untuk memiliki laser yang begitu berkuasa-mungkin dalam jejak yang lebih kecil atau dengan kecekapan yang lebih baik. Bagaimana anda menyejukkan struktur laser yang begitu besar? Ini adalah tempat syarikat swasta boleh membangunkan sos rahsia mereka sendiri."

Hab gabungan STARFIRE dan RISE

Hab gabungan STARFIRE diketuai oleh LLNL, dengan SLAC, untuk mengkomersialkan-tenaga gabungan dipacu laser. Fokusnya adalah tinggi-memperoleh reka bentuk sasaran, pembuatan sasaran dan DPSSL. Ahli termasuk MIT; Universiti California, Berkeley; Universiti California, Los Angeles; Universiti California, San Diego; Universiti Oklahoma; Universiti Rochester; Texas A&M; Institut Fraunhofer untuk Teknologi Laser; Yayasan Makmal Livermore; Makmal Kebangsaan Oak Ridge; Makmal Kebangsaan Sungai Savannah; Tenaga Fokus Inc.; Atom Am; Leonardo Electronics AS; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; dan Xcimer Energy Corp.

Pasukan ini mempunyai akses kepada makmal laser di SLAC, jadi mereka berpeluang menggunakan Sumber Cahaya Koheren Linac (LCLS), satu-satunya laser elektron bebas sinar x{{1}(XFEL) (XFEL) di AS, untuk menyiasat dan menyoal siasat bahan kapsul atau bahan api gabungan. Ia beroperasi pada 120 Hz, tetapi tidak lama lagi akan beroperasi dalam megahertz.

"Kami menggunakan dua laser serentak dalam percubaan kami di SLAC. Laser nadi panjang-memacu gelombang kejutan ke dalam sampel, dan kemudian kami menyiasatnya dengan LCLS untuk melihat perkara yang berlaku pada skala panjang dan masa terkecil untuk memperbaik model fizik kami," kata Gleason. "Kami perlu membandingkan epal dengan epal untuk menanda aras sama ada model fizik kami betul. Ia menyokong bukan sahaja perkara yang diperlukan oleh makmal kebangsaan, tetapi juga memberi syarikat swasta cara untuk meramalkan sama ada sebahagian daripada konsep mereka akan berfungsi atau tidak (contohnya, cara mereka mensimulasikan penglibatan sasaran mereka). Dan kami menyediakan data kritikal ini kepada mereka dengan memanfaatkan akses kami kepada platform laser dan instrumen yang berbeza."

Hab lain, RISE, diketuai oleh SLAC dan Colorado State University, dan melibatkan pakar dari Cornell University, University of Illinois, Texas A&M, Los Alamos National Laboratory, Naval Research Laboratory dan syarikat swasta-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion dan General Atomics-mengusahakan pendekatan pemacu laser yang berbeza.

"Semua mempunyai pendekatan yang boleh dipercayai, " kata Glenzer. "Tetapi ia bukan seperti satu syarikat cuba untuk merealisasikan semuanya-ini adalah komuniti dan hab gabungan seluruh negara. Penyelidik cuba memajukan teknologi dan kami belajar antara satu sama lain untuk cuba menutup jurang penyelidikan dan teknologi menjelang 2030-an."

Glenzer sering ditanya oleh pelabur untuk menyokong syarikat gabungan. "Sesetengah syarikat laser boleh membuat wang lebih awal dengan menghantar laser untuk menembak jatuh dron dalam ruang pertahanan, " katanya. "Tetapi pelabur tidak begitu menyukai idea itu kerana mereka mahukan pasaran yang hanya menyajikan gabungan dan elektrik. Mereka sebenarnya mahu syarikat-syarikat ini membuat gabungan supaya mereka boleh menjual elektrik. Ia benar-benar menarik bagaimana tumpuan mereka untuk membuat gabungan berlaku."

Komuniti gabungan "sangat sedar tentang keperluan rantaian bekalan untuk syarikat gabungan mempunyai sumber untuk bukan sahaja membina rancangan perintis demo mereka tetapi kemudian mempunyai armada reaktor-jangka panjang," kata Gleason. "Ia adalah pendekatan pelbagai serampang dari segi di mana kita boleh mendapatkan sumber bahan mentah, dan kemudian mengeluarkan komponen di seluruh AS, untuk menubuhkan rantaian bekalan domestik. Ini penting."