Το γιγάντιο αμερικανικό λέιζερ σύντηξης μπορεί να μην πετύχει ποτέ τον στόχο, καταλήγει η έκθεση

Ένα μακροχρόνιο μεγάλο έργο λέιζερ αντιμετωπίζει νέα εμπόδια.

Μια πρόσφατη έκθεση καταλήγει στο συμπέρασμα ότι παρόλο που η Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) 3,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων - ένα εργαστήριο λέιζερ του Υπουργείου Ενέργειας (DOE) που έχει σχεδιαστεί για να θερμαίνει και να συμπιέζει κάψουλες ισοτόπων υδρογόνου μέχρι να συντηχθούν, απελευθερώνοντας ενέργεια - σημειώνει τεχνική πρόοδο, εξακολουθεί να είναι πολύ μακριά από τον τίτλο του στόχου:ανάφλεξη ή έγκαυμα σύντηξης που συντηρείται και παράγει περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζεται για να το πυροδοτήσει.

Σύμφωνα με το Physics Today Το περιοδικό, η ανεξάρτητη έκθεση, που χρηματοδοτείται από το DOE, προτείνει ότι η έρευνα που σχετίζεται με το NIF θα πρέπει να μετατοπιστεί από τον εντοπισμό των εμποδίων στην πορεία προς την ανάφλεξη, στο εάν είναι ακόμη δυνατή η ανάφλεξη.

«Αποκλείοντας μια απρόβλεπτη τεχνική πρόοδο και δεδομένων της σημερινής διαμόρφωσης του λέιζερ NIF, η επίτευξη ανάφλεξης στο NIF στο εγγύς μέλλον (ένα έως δύο χρόνια) είναι απίθανη και αβέβαιη μεσοπρόθεσμα (πέντε χρόνια)», αναφέρει η έκθεση DOE. «Το ερώτημα είναι αν το NIF θα μπορεί να φτάσει στην ανάφλεξη στην τρέχουσα διαμόρφωσή του και όχι όταν θα συμβεί." Η έκθεση συνιστά την καλύτερη χρήση άλλων εγκαταστάσεων, που δεν έχουν σχεδιαστεί για την επίτευξη ανάφλεξης, για την καλύτερη κατανόηση της υποκείμενης φυσικής του συμπιεσμένου καυσίμου, που είναι γνωστό ως πλάσμα υψηλής πυκνότητας ενέργειας. Αυτές περιλαμβάνουν το Omega Laser Facility στο Πανεπιστήμιο του Rochester στη Νέα Υόρκη, καθώς και τη μηχανή Z (μια γεννήτρια ηλεκτρικών παλμών) στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia της DOE στο Αλμπουκέρκι του Νέου Μεξικού.

Η NIF, που εδρεύει στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore της DOE στην Καλιφόρνια, αγωνίζεται εδώ και καιρό να ανταποκριθεί στο όνομά της. Ακόμη και πριν από το άνοιγμά της το 2009, πολλοί φυσικοί ήταν δύσπιστοι ότι η συσκευή, η οποία εστιάζει 192 ισχυρές ακτίνες λέιζερ σε έναν στόχο, θα πετύχαινε τον στόχο της ανάφλεξης. Το DOE παρέμεινε στο έργο παρά τις σημαντικές καθυστερήσεις στην κατασκευή και τις υπερβάσεις κόστους, εν μέρει επειδή υποστήριξαν ότι το NIF θα παρείχε ζωτικά πειραματικά αποτελέσματα σε επιστήμονες πυρηνικών όπλων που είναι υπεύθυνοι για τη διατήρηση του αποθέματος των ΗΠΑ.

Η National Ignition Campaign, μια συντονισμένη προσπάθεια για την επίτευξη του στόχου της σύντηξης μεταξύ 2010 και 2012, απέτυχε. Στη συνέχεια ξεκίνησε μια 3ετής προσπάθεια για την καλύτερη κατανόηση της φυσικής του τι συνέβαινε στο καύσιμο σύντηξης καθώς συμπιέστηκε από τους παλμούς λέιζερ 1,8 megajoule του NIF. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι μελέτες για την ανάφλεξη διανθίστηκαν με περισσότερη έρευνα στη φυσική των πυρηνικών όπλων. Η νέα έκθεση σηματοδοτεί το τέλος αυτής της τριετούς εκστρατείας.

Η έκθεση αναφέρει ότι έχει σημειωθεί πρόοδος από το 2012, συμπεριλαμβανομένης της πρώτης επίδειξης «άλφα θέρμανσης», όταν οι πυρήνες ηλίου (που παράγονται από τη σύντηξη υδρογόνου) παραμένουν παγιδευμένοι στο πλάσμα και βοηθούν στη θέρμανση του, βοηθώντας έτσι στη διατήρηση του εγκαύματος. Η θέρμανση άλφα είναι μια απαραίτητη διαδικασία για την ανάφλεξη. Με όλα τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν, οι ερευνητές έχουν κάνει βελτιώσεις στα μοντέλα υπολογιστών που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη των αποτελεσμάτων των πειραμάτων, λέει ο Μάικλ Κάμπελ, πρώην διευθυντής του NIF που τώρα εργάζεται στο Εργαστήριο Ενέργειας Λέιζερ του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ. Αυτά τα μοντέλα ήταν που οδήγησαν τους ερευνητές να πιστέψουν ότι θα επιτύγχαναν ανάφλεξη στο NIF μέσα σε λίγα χρόνια, και συνεχίζουν να κάνουν υπεραισιόδοξες προβλέψεις σήμερα. Όμως ο Campbell λέει ότι ο αργός ρυθμός βολής του NIF —μόνο περίπου 400 το χρόνο και μόνο ένα κλάσμα από αυτά αφιερώνεται στην ανάφλεξη— «επιβραδύνει τον ρυθμό προόδου».

Αναγνωρίζοντας τις προόδους, η έκθεση DOE αναφέρει ότι "η παρούσα προσέγγιση είναι πολύ ευρεία και ποικιλόμορφη και χρειάζεται καλύτερη εστίαση". Μετά το 2012, το ερευνητικό πρόγραμμα για τη σύντηξη αδράνειας περιορισμού, όπως είναι γνωστή αυτή η εντυπωσιακή έκδοση συμπίεσης της σύντηξης, διευρύνθηκε για να συμπεριλάβει την εργασία στην Omega, η οποία χρησιμοποιεί μια εναλλακτική προσέγγιση "άμεσης μετάδοσης" σε αντίθεση με την έμμεση κίνηση του NIF και τη μηχανή Z. , το οποίο συμπιέζει το καύσιμο με παλμούς μαγνητικού πεδίου. Η έκθεση θέλει πιο συντονισμένη έρευνα μεταξύ των τριών εγκαταστάσεων. "Δεν υπάρχει προς το παρόν δημοσιευμένος "οδικός χάρτης" για τον συντονισμό των δραστηριοτήτων μεταξύ [εγκαταστάσεων]", σημειώνει η έκθεση.

Ο Κάμπελ λέει ότι πάντα προέβλεψε ότι θα χρειαζόταν «τουλάχιστον 10 χρόνια για να το καταλάβω». Λέει ότι «ακόμα ελπίζει ότι θα λειτουργήσει, αλλά δεν μπορείτε να το εγγυηθείτε». Η σύντηξη, λέει, "είναι απλώς σκληρή."