Ilustracja przedstawiająca płonącą plazmę z LLNL

Płonąca plazma w końcu utworzona. Wielki krok w stronę fuzji jądrowej

Wykorzystując 192 lasery i temperatury ponad trzy razy wyższe niż w centrum Słońca, naukowcy osiągnęli na ułamek sekundy kamień milowy do opanowania fuzji jądrowej.

Badacze biorący udział w eksperymencie National Ignition Facility (NIF) z Lawrence Livermore National Lab (LLNL) w Kalifornii wywołali reakcję syntezy jądrowej, która utrzymywała się przez krótki czas. Jest to ogromny wyczyn, ponieważ proces ten wymaga tak wysokich temperatur i ciśnień, że szybko się kończy. To przybliża nas do ostatecznego celu – wytwarzania energii w sposób, w jaki Słońce generuje ciepło – poprzez zamiany atomów wodoru w hel.

W Nature opublikowano wyniki czterech eksperymentów, w których osiągnięto coś znanego jako tzw. płonąca plazma (ang. burning plasma). To zbliża nas do kolejnego ważnego kroku w pracach nad fuzją jądrową: zapłonu. Wtedy paliwo może „spalać się” samo i wytwarzać więcej energii, niż jest potrzebne do wywołania początkowej reakcji.

W tej pracy pokazujemy, że te eksperymenty po raz pierwszy w laboratorium weszły w obszar, który nazywamy płonącą plazmą. Płonąca plazma to taka, w której reakcje fuzji jądrowej zapewniają większość ogrzewania plazmy.

Alex Zylstra, fizyk eksperymentalny z Livermore, główny autor badań

NIF jest wykorzystywany do generowania promieniowania rentgenowskiego w specjalnej wnęce, aby pośrednio napędzać kapsułę zawierającą paliwo. Proces implozji spręża i podgrzewa paliwo deuterowo-trytowe poprzez pracę mechaniczną.

Eksperymenty od dziesięcioleci wytwarzają reakcje fuzji jądrowej przy użyciu dużych ilości zewnętrznego ogrzewania, aby rozgrzać plazmę. Teraz – po raz pierwszy – mamy system, w którym fuzja sama w sobie zapewnia większość ogrzewania. Jest to kamień milowy na drodze do osiągnięcia jeszcze wyższych poziomów wydajności fuzji jądrowej.

Alex Zylstra

Fuzja jądrowa jest procesem wysoce nieliniowym i teraz naukowcy mają możliwość szybkiego zwiększania wydajności. Utworzenie płonącej plazmy było kluczowym krokiem do uzyskania wydajności rzędu 1,3 MJ w sierpniu 2021 r. Przeprojektowanie eksperymentów to osiągnięciem ponad 150 naukowców z różnych dziedzin.

Czytaj też: Tokamaki wreszcie będą wydajniejsze? Fuzja jądrowa coraz bliżej

Naukowcy już planują kolejne prace dotyczące eksperymentów z płonącą plazmą. Kluczową rolę odegra w nich zespół Aleksa Zylstry.