Tre artikler fremhæver resultaterne af et rekordstort udbytteeksperiment på 1,3 megajoule

Efter årtiers forskning i inertial indeslutningsfusion blev et udbytte på mere end 1,3 megajoule (MJ) opnået ved Lawrence Livermore National Laboratory's (LLNL's) National Ignition Facility (NIF) for første gang den 8. august 2021, hvilket satte forskere ved tærsklen af fusionsgevinst og opnåelse af videnskabelig antændelse.

På etårsdagen for denne historiske præstation er de videnskabelige resultater af dette rekordeksperiment blevet offentliggjort i tre peer-reviewede artikler:et i Physical Review Letters og to i Physical Review E . Mere end 1.000 forfattere er inkluderet i et af Physical Review Letters papir for at anerkende og anerkende de mange individer, der har arbejdet i mange årtier for at muliggøre dette betydelige fremskridt.

"Rekordskuddet var et stort videnskabeligt fremskridt inden for fusionsforskning, som fastslår, at fusionsantændelse i laboratoriet er mulig på NIF," sagde Omar Hurricane, chefforsker for LLNL's inerti-indeslutningsfusionsprogram. "At opnå de nødvendige betingelser for antændelse har været et langvarigt mål for al inerti indeslutning fusionsforskning og åbner adgang til et nyt eksperimentelt regime, hvor alfa-partikel selvopvarmning overgår alle kølemekanismer i fusionsplasmaet."

Papirerne beskriver i detaljer resultaterne fra 8. august 2021 og det tilhørende design, forbedringer og eksperimentelle målinger. LLNL-fysiker Alex Zylstra, hovedeksperimentalist og førsteforfatter af den eksperimentelle Physical Review E papir, bemærkede, at laboratoriet i 2020 og begyndelsen af ​​2021 for første gang udførte eksperimenter med "brændende plasma"-regimet, hvilket satte scenen for rekordbilledet.

"Fra det design lavede vi flere forbedringer for at nå optagelsen den 8. august 2021," sagde han. "Forbedringer af det fysiske design og kvaliteten af ​​målet var alle med til at føre til succesen med august-skuddet, som diskuteres i Physical Review E papirer."

Dette eksperiment inkorporerede et par ændringer, herunder forbedret måldesign. "At reducere friløbstiden med mere effektive hohlraums sammenlignet med tidligere eksperimenter var nøglen til at flytte mellem det brændende plasma og antændelsesregimer," sagde LLNL-fysiker Annie Kritcher, hoveddesigner og førsteforfatter af den anden Physical Review E papir. "De andre hovedændringer var forbedret kapselkvalitet og et mindre brændstofpåfyldningsrør."

Siden eksperimentet i august sidste år har holdet udført en række eksperimenter for at forsøge at gentage ydelsen og forstå de eksperimentelle følsomheder i dette nye regime.

"Mange variabler kan påvirke hvert eksperiment," sagde Kritcher. "De 192 laserstråler yder ikke nøjagtigt det samme fra skud til skud, kvaliteten af ​​mål varierer, og islaget vokser med forskellig ruhed på hvert mål. Disse eksperimenter gav mulighed for at teste og forstå den iboende variabilitet i denne nye, følsomme eksperimentelt regime."

Selvom de gentagne forsøg ikke har nået det samme niveau af fusionsudbytte som eksperimentet i august 2021, viste de alle kapselforøgelse større end enhed med udbytter i intervallet 430-700 kJ, betydeligt højere end det tidligere højeste udbytte på 170 kJ fra februar 2021. Dataene fra disse og andre eksperimenter giver afgørende fingerpeg om, hvad der gik rigtigt, og hvilke ændringer der er nødvendige for at gentage dette eksperiment og overgå dets ydeevne i fremtiden. Holdet bruger også de eksperimentelle data til yderligere forståelse af de fundamentale processer ved fusionsantændelse og -brænding og til at forbedre simuleringsværktøjer til støtte for lagerstyring.

Når vi ser fremad, arbejder teamet på at udnytte de akkumulerede eksperimentelle data og simuleringer til at bevæge sig mod et mere robust regime – længere ud over tændingsklippen – hvor generelle tendenser fundet i dette nye eksperimentelle regime bedre kan adskilles fra variabilitet i mål og laserydelse.

Bestræbelser på at øge fusionsydelse og robusthed er i gang via forbedringer af laseren, forbedringer af målene og modifikationer af designet, der yderligere forbedrer energileveringen til hotspottet, samtidig med at hotspottrykket opretholdes eller endda øges. Dette omfatter forbedring af kompressionen af ​​fusionsbrændstoffet, forøgelse af mængden af ​​brændstof og andre muligheder.

"Det er ekstremt spændende at have et 'eksistensbevis' for antændelse i laboratoriet," sagde Hurricane. "Vi opererer i et regime, som ingen forskere har fået adgang til siden slutningen af ​​atomprøvesprængninger, og det er en utrolig mulighed for at udvide vores viden, mens vi fortsætter med at gøre fremskridt." + Udforsk yderligere

Forskere på randen af ​​fusionsantændelse ved National Ignition Facility