Τον Αύγουστο του 2022, όταν η ομάδα επιστημόνων στο Εθνικό Εργαστήριο Ανάφλεξης του Lawrence Livermore (LLNL) εκτόξευσε μια βολή που πέτυχε απόδοση 1,35 megajoules (MJ) ενέργειας σύντηξης με 1,9 MJ ενέργειας λέιζερ, ήταν μια μεγάλη επιστημονική έκρηξη{3}
Αργότερα το ίδιο έτος κατά τη διάρκεια ενός άλλου πειράματος αδρανειακής σύντηξης (γνωστός και ως λέιζερ-σύντηξη με λέιζερ), οι επιστήμονες πέτυχαν απόδοση 3,15 MJ ενέργειας σύντηξης με 2,05 MJ ενέργειας λέιζερ και πέτυχαν ανάφλεξη. Ήταν μια αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης που δημιουργήθηκε εντός του εργαστηρίου-και ξεκίνησε έναν παγκόσμιο αγώνα για να τεθεί-ελεύθερη από άνθρακα-ενέργεια σύντηξης που οδηγείται από λέιζερ στο δίκτυο μέχρι τη δεκαετία του 2030 ή του 2040.
"Αυτό ήταν ένα σημείο καμπής όταν το NIF έδειξε για πρώτη φορά με επιτυχία ότι η αδρανειακή σύντηξη ήταν δυνατή και το κλειδί είναι να έχουμε το σωστό είδος καυσίμου-δευτέριο-τρίτιο-και να χρησιμοποιούμε λέιζερ για να το συμπιέσουμε και να το συντήξουμε για να παράγουμε κέρδος (περισσότερη ενέργεια από ό,τι εισάγουμε)", λέει η Arianna Gleason, αναπληρώτρια διευθύντρια επιστήμονας του Επιστημονικού Τμήματος Energy Highlight. "Είναι σαν να διατηρείς το καύσιμο ενός αστεριού-μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μέσα σε ένα εργαστήριο."
Τον Αύγουστο του 2022, όταν η ομάδα επιστημόνων στο Εθνικό Εργαστήριο Ανάφλεξης του Lawrence Livermore (LLNL) εκτόξευσε μια βολή που πέτυχε απόδοση 1,35 megajoules (MJ) ενέργειας σύντηξης με 1,9 MJ ενέργειας λέιζερ, ήταν μια μεγάλη επιστημονική έκρηξη{3}
Αργότερα το ίδιο έτος κατά τη διάρκεια ενός άλλου πειράματος αδρανειακής σύντηξης (γνωστός και ως λέιζερ-σύντηξη με λέιζερ), οι επιστήμονες πέτυχαν απόδοση 3,15 MJ ενέργειας σύντηξης με 2,05 MJ ενέργειας λέιζερ και πέτυχαν ανάφλεξη. Ήταν μια αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης που δημιουργήθηκε εντός του εργαστηρίου-και ξεκίνησε έναν παγκόσμιο αγώνα για να τεθεί-ελεύθερη από άνθρακα-ενέργεια σύντηξης που οδηγείται από λέιζερ στο δίκτυο μέχρι τη δεκαετία του 2030 ή του 2040.
"Αυτό ήταν ένα σημείο καμπής όταν το NIF έδειξε για πρώτη φορά με επιτυχία ότι η αδρανειακή σύντηξη ήταν δυνατή και το κλειδί είναι να έχουμε το σωστό είδος καυσίμου-δευτέριο-τρίτιο-και να χρησιμοποιούμε λέιζερ για να το συμπιέσουμε και να το συντήξουμε για να παράγουμε κέρδος (περισσότερη ενέργεια από ό,τι εισάγουμε)", λέει η Arianna Gleason, αναπληρώτρια διευθύντρια επιστήμονας του Επιστημονικού Τμήματος Energy Highlight. "Είναι σαν να διατηρείς το καύσιμο ενός αστεριού-μόνο για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μέσα σε ένα εργαστήριο."
Η αρχιτεκτονική λέιζερ προχωρά για τη σύντηξη
Το NIF κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1990 και διαθέτει την τεχνολογία λέιζερ της εποχής. "Κατασκευάζουμε λέιζερ πολύ πιο αποτελεσματικά τώρα από ό,τι κάναμε τη δεκαετία του 1990. Η τεχνολογία μας έχει προχωρήσει σε σημείο όπου μπορούμε να έχουμε εξαιρετικά αποδοτικά λέιζερ σε ρυθμούς επανάληψης που χρειαζόμαστε για τη σύντηξη{4}}πολλών βολών ανά δευτερόλεπτο", λέει ο Glenzer. "Είναι ενδιαφέρον ότι τα μικροτσίπ μέσα στα iPhone παράγονται με τεχνολογία λέιζερ που στην πραγματικότητα βγήκε από το πρόγραμμα σύντηξης λέιζερ. Ήταν η πρώτη εμπορική επιτυχία της σύντηξης λέιζερ."
Στην κοινότητα της σύντηξης, η τεχνολογία λέιζερ απομακρύνεται σιγά-σιγά από παλαιότερες αρχιτεκτονικές που λειτουργούσαν στο παρελθόν-τα λέιζερ με αντλία ή λάμπα φλας-που βασίζονταν σε λάμπα-ήταν "ένα πολύ δυνατό άλογο", λέει ο Gleason. "Αλλά χρειαζόμαστε πιο αποτελεσματικά, γι' αυτό χρησιμοποιούμε λέιζερ με διόδους-άντλησης στερεάς-κατάστασης (DPSSL)."
Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να δημιουργηθεί η αλυσίδα εφοδιασμού για λέιζερ DPSSL, επειδή όλοι κινούνται προς την τυπική πλατφόρμα λέιζερ IFE για τις απαιτούμενες δοκιμές. "Τα λέιζερ συζευγμένων ινών-είναι μια μέθοδος μετακίνησης φωτός από τη μια τοποθεσία στην άλλη, που χρησιμοποιείται παντού από τις τηλεπικοινωνίες, αλλά καθώς η κοινότητα της σύντηξης προσπαθεί να εκμεταλλευτεί την τρέχουσα γενιά αρχιτεκτονικών λέιζερ και κατασκευάζουμε μεγαλύτερα λέιζερ, πρέπει να προσέχουμε περισσότερο πώς ψύχονται τα πράγματα. Είναι ένας χώρος καινοτομίας για τις εταιρείες", λέει η Gleason.
Τα λέιζερ Excimer χρησιμοποιούν αέριο ως μέσο και "έχουν μια ισχυρή ιστορία με το Υπουργείο Άμυνας (DoD) για κατευθυνόμενα{{0}ενεργειακά όπλα", λέει ο Gleason. "Είναι επίσης η βάση για μια ιδέα σύντηξης. Σημειώνεται μεγάλη πρόοδος με τα λέιζερ excimer, τα οποία βασίζονται σε δεκαετίες φυσικής και μελετών. Κάνουμε πρόοδο ώστε να έχουμε ένα τόσο ισχυρό λέιζερ-ίσως σε μικρότερο αποτύπωμα ή με καλύτερη απόδοση. Πώς δροσίζετε μια τόσο μεγάλη δομή λέιζερ; Αυτά είναι μέρη που οι ιδιωτικές εταιρείες μπορούν να αναπτύξουν τις δικές τους μυστικές σάλτσες."
Κόμβοι σύντηξης STARFIRE και RISE
Ο κόμβος σύντηξης STARFIRE καθοδηγείται από την LLNL, με SLAC, για την εμπορευματοποίηση της ενέργειας σύντηξης που βασίζεται{0}}με λέιζερ. Η εστίασή του είναι τα σχέδια στόχου υψηλού κέρδους, η κατασκευή στόχων και τα DPSSL. Μέλη περιλαμβάνουν MIT? Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ; Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Λος Άντζελες; Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο; Πανεπιστήμιο της Οκλαχόμα; Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ; Texas A&M; Fraunhofer Institute for Laser Technology; Livermore Lab Foundation; Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge; Savannah River National Laboratory; Focused Energy Inc. Γενική Ατομική; Leonardo Electronics ΗΠΑ; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; και Xcimer Energy Corp.
Η ομάδα έχει πρόσβαση σε εργαστήρια λέιζερ στο SLAC, επομένως έχει την ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τη Συνεκτική Πηγή Φωτός Linac (LCLS), το μοναδικό λέιζερ ηλεκτρονίων χωρίς ακτίνες Χ (XFEL) στις ΗΠΑ, για να διερευνήσει και να ανακρίνει υλικά κάψουλας ή το καύσιμο σύντηξης. Λειτουργεί στα 120 Hz, αλλά σύντομα θα λειτουργεί σε megahertz.
"Χρησιμοποιούμε δύο λέιζερ ταυτόχρονα στα πειράματά μας στο SLAC. Ένα μακρύ-παλμικό λέιζερ διοχετεύει κρουστικά κύματα στο δείγμα και στη συνέχεια το διερευνούμε με το LCLS για να δούμε τι συμβαίνει στις μικρότερες κλίμακες μήκους και χρόνου για να βελτιώσουμε τα φυσικά μας μοντέλα", λέει ο Gleason. "Πρέπει να συγκρίνουμε μήλα με μήλα για να μετρήσουμε εάν το φυσικό μας μοντέλο είναι σωστό. Υποστηρίζει όχι μόνο αυτό που χρειάζονται τα εθνικά εργαστήρια, αλλά δίνει επίσης σε ιδιωτικές εταιρείες έναν τρόπο να προβλέψουν εάν μέρος της ιδέας τους θα λειτουργήσει ή όχι (για παράδειγμα, πώς προσομοιώνουν την δέσμευσή τους).
Ένας άλλος κόμβος, το RISE, διευθύνεται από το SLAC και το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο και περιλαμβάνει ειδικούς από το Πανεπιστήμιο Cornell, το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, το Τέξας A&M, το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος, το Ναυτικό Εργαστήριο Έρευνας και ιδιωτικές εταιρείες -Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion και General Atomics} σε διαφορετική προσέγγιση laser{2}.
«Όλοι έχουν μια αξιόπιστη προσέγγιση», λέει ο Glenzer. "Αλλά δεν είναι σαν μια εταιρεία να προσπαθεί να τα κάνει όλα-αυτή είναι μια κοινότητα και ένας εθνικός κόμβος σύντηξης. Οι ερευνητές προσπαθούν να προωθήσουν τις τεχνολογίες και μαθαίνουμε ο ένας από τον άλλο να προσπαθούμε να καλύψουμε τα κενά έρευνας και τεχνολογίας μέχρι τη δεκαετία του 2030."
Ο Glenzer ρωτάται συχνά από επενδυτές ποια εταιρεία σύντηξης να υποστηρίξει. «Ορισμένες από τις εταιρείες λέιζερ μπορούν να κερδίσουν χρήματα πολύ νωρίτερα παρέχοντας λέιζερ για να καταρρίψουν drones εντός του αμυντικού χώρου», λέει. "Αλλά στους επενδυτές δεν αρέσει πραγματικά η ιδέα γιατί θέλουν μια αγορά που εξυπηρετεί μόνο τη σύντηξη και την ηλεκτρική ενέργεια. Στην πραγματικότητα θέλουν αυτές οι εταιρείες να κάνουν σύντηξη για να μπορούν να πουλήσουν ηλεκτρική ενέργεια. Είναι πραγματικά ενδιαφέρον το πόσο εστιασμένοι είναι στο να πραγματοποιήσουν τη σύντηξη."
Η κοινότητα της σύντηξης έχει "πολύ επίγνωση των απαιτήσεων της εφοδιαστικής αλυσίδας προκειμένου οι εταιρείες σύντηξης να έχουν τους πόρους όχι μόνο για να δημιουργήσουν τα δοκιμαστικά τους σχέδια, αλλά στη συνέχεια να έχουν έναν μακροπρόθεσμο στόλο αντιδραστήρων", λέει ο Gleason. "Είναι μια πολύπλευρη προσέγγιση όσον αφορά το πού μπορούμε να προμηθευτούμε τις πρώτες ύλες και στη συνέχεια να κατασκευάσουμε εξαρτήματα στις ΗΠΑ, για να δημιουργήσουμε μια εγχώρια αλυσίδα εφοδιασμού. Αυτό είναι το κλειδί."
Δεκαετία 2030 ή 2040 για μια πιλοτική μονάδα σύντηξης;
Οι συνεργασίες του δημόσιου{0}}ιδιωτικού τομέα και η χρηματοδότηση είναι ζωτικής σημασίας για να πλησιάσουμε ακόμη περισσότερο την τοποθέτηση της σύντηξης με λέιζερ-στο δίκτυο κατά τη δεκαετία του 2030.
«Ο ρόλος μας είναι πρωτίστως να υποστηρίζουμε και να χλευάζουμε την κρίσιμη τεχνολογία που χρειάζονται η βιομηχανία σύντηξης/ οι ιδιωτικές εταιρείες», λέει ο Gleason. «Αλλά ορισμένες εταιρείες λένε ότι αναμένουν ότι θα είναι κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2030».
Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έθεσε ως στόχο τη δεκαετία του 2030. «Σημαίνει ότι θέλουμε να κλείσουμε όλα τα κενά τεχνολογίας και έρευνας στην τεχνολογία, μερικά μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2030, και στη συνέχεια να φτιάξουμε ένα πιλοτικό εργοστάσιο», λέει ο Glenzer. «Εξαρτάται πραγματικά από το πόσα χρήματα επενδύονται, αλλά είναι ρεαλιστικό να περιμένουμε μια πιλοτική μονάδα στα τέλη της δεκαετίας του 2030 ή στις αρχές της δεκαετίας του 2040».
