Znanstveniki iz nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore (LLNL) so dosegli fuzija vžig in energija prelom. dne 5th Decembra 2022 je raziskovalna skupina izvedla eksperiment nadzorovane fuzije z uporabo laserjev, ko je 192 laserskih žarkov oddalo več kot 2 milijona joulov UV-energije v drobno gorivno peleto v kriogenski ciljni komori in doseglo energetsko prelomnost, kar pomeni, da je fuzijski poskus proizvedel več energije kot laser, ki ga poganja. Ta preboj je bil dosežen prvič v zgodovini po desetletjih trdega dela. To je mejnik v znanosti in ima pomembne posledice za obete čiste fuzijske energije v prihodnosti v smeri gospodarstva brez neto nič ogljika, za boj proti podnebnim spremembam in za ohranjanje jedrskega odvračanja brez zatekanja k jedrskim poskusom za nacionalno obrambo. Prej, 8thavgusta 2021 je raziskovalna skupina dosegla prag fuzijskega vžiga. Poskus je proizvedel več energije kot kateri koli prejšnji fuzijski poskus, vendar energijski prelom ni bil dosežen. Zadnji poskus, izveden 5th Decembra 2022 je dosegel podvig energetskega preloma in tako zagotovil dokaz koncepta, da je mogoče nadzorovano jedrsko fuzijo izkoristiti za zadovoljevanje potreb po energiji, čeprav praktična komercialna uporaba fuzijske energije je morda še zelo oddaljena.
Jedrska reakcije dajejo velike količine energije, ki je enaka količini izgubljene mase, kot je določeno z enačbo simetrije masa-energija E=MC2 Einsteina. Reakcije cepitve, ki vključujejo razgradnjo jeder jedrskega goriva (radioaktivnih elementov, kot je uran-235), se trenutno uporabljajo v jedrskih reaktorjih za proizvodnjo energije. Vendar pa reaktorji, ki temeljijo na jedrski fisiji, predstavljajo velika tveganja za ljudi in okolje, kot je razvidno iz primera Černobila, in so znani po ustvarjanju nevarnih radioaktivnih odpadkov z zelo dolgo razpolovno dobo, ki jih je izjemno težko odstraniti.
V naravi so zvezde kot naše sonce, jedrska fuzija ki vključuje zlitje manjših vodikovih jeder, je mehanizem generiranja energije. Jedrska fuzija, za razliko od jedrske cepitve, zahteva izjemno visoko temperaturo in pritisk, da omogočita združitev jeder. Ta zahteva po izredno visoki temperaturi in tlaku je izpolnjena v jedru sonca, kjer je fuzija vodikovih jeder ključni mehanizem za pridobivanje energije, vendar ponovno ustvarjanje teh ekstremnih pogojev na zemlji do zdaj ni bilo mogoče v nadzorovanih laboratorijskih pogojih in posledično jedrski fuzijski reaktorji še niso resničnost. (Nenadzorovana termonuklearna fuzija pri ekstremni temperaturi in tlaku, ki nastane zaradi sprožitve fisijske naprave, je princip vodikovega orožja).
Davnega leta 1926 je Arthur Eddington prvi predlagal, da zvezde črpajo energijo iz fuzije vodika v helij. Prva neposredna demonstracija jedrske fuzije je bila v laboratoriju leta 1934, ko je Rutherford prikazal fuzijo devterija v helij in opazil, da je med procesom "proizveden ogromen učinek". Glede na njen ogromen potencial za zagotavljanje neomejene čiste energije so si znanstveniki in inženirji po vsem svetu skupaj prizadevali ponoviti jedrsko fuzijo na Zemlji, vendar je bila to težka naloga.
Pri ekstremnih temperaturah se elektroni ločijo od jeder in atomi postanejo ioniziran plin, sestavljen iz pozitivnih jeder in negativnih elektronov, čemur pravimo plazma, ki je milijoninkrat manjša od gostote zraka. To naredi fuzija okolje zelo šibko. Da bi jedrska fuzija potekala v takem okolju (ki bi lahko dalo precejšnjo količino energije), bi morali biti izpolnjeni trije pogoji; mora biti zelo visoka temperatura (ki bi lahko izzvala visokoenergijske trke), mora biti zadostna gostota plazme (za povečanje verjetnosti trkov) in plazma (ki ima nagnjenost k ekspanziji) mora biti omejena dovolj dolgo, da omogoči fuzijo. Zato je razvoj infrastrukture in tehnologije za zadrževanje in nadzor vroče plazme ključni poudarek. Močna magnetna polja bi lahko uporabili za obravnavo plazme, kot v primeru Tokamaka ITER. Inercijsko omejevanje plazme je še en drug pristop, pri katerem se kapsule, napolnjene s težkimi vodikovimi izotopi, implodirajo z uporabo visokoenergijskih laserskih žarkov.
Fuzijske študije, izvedene pri Lawrence Nacionalni laboratorij Livermore (LLNL) NIF je uporabil lasersko vodene implozijske tehnike (fuzija z inercijsko omejitvijo). V bistvu so bile milimetrske kapsule, napolnjene z devterijem in tritijem, implodirane z visokozmogljivimi laserji, ki ustvarjajo rentgenske žarke. Kapsula se segreje in spremeni v plazmo. Plazma pospeši navznoter in ustvari ekstremne pogoje tlaka in temperature, ko se goriva v kapsuli (atomi devterija in tritija) zlijejo, pri čemer se sprosti energija in več delcev, vključno z delci alfa. Sproščeni delci medsebojno delujejo z okoliško plazmo in jo dodatno segrejejo, kar vodi do več fuzijskih reakcij in sproščanja več "energije in delcev", s čimer se vzpostavi samovzdrževalna veriga fuzijskih reakcij (imenovana "fuzijski vžig").
Skupnost za raziskovanje fuzije si že več desetletij prizadeva doseči "fuzijski vžig"; samozadostna fuzijska reakcija. dne 8th Avgusta 2021 je ekipa laboratorija Lawrence prišla na prag "fuzijskega vžiga", ki so ga dosegli 5.th December 2022. Na ta dan je nadzorovan fuzijski vžig na Zemlji postal resničnost – dosežen mejnik v znanosti!
***
