Fuzija, koja replicira istu reakciju koja pokreće sunce, dugo se smatrala idealnim izvorom energije zbog svog potencijala da bude sigurna, čista, jeftina i pouzdana.
Od ranih 1960-ih, naučnici su tragali za mogućnošću upotrebe lasera velike snage za kompresiju termonuklearnog materijala dovoljno dugo i na dovoljno visokim temperaturama da izazovu paljenje – tačka u kojoj je rezultujući izlaz energije inercijalne fuzije veći od energije koja se isporučuje u cilj.
Naučnici su postigli paljenje u decembru 2022. u Nacionalnom postrojenju za paljenje u Nacionalnoj laboratoriji Lorens Livermor, ali ostaju mnoge prepreke u stvaranju fuzione energije tehnički i komercijalno održive za masovnu proizvodnju i potrošnju.
Istraživači iz Laboratorije za lasersku energiju (LLE) Univerziteta u Ročesteru su po prvi put eksperimentalno demonstrirali metodu nazvanu dinamičko formiranje školjke, koja može pomoći u postizanju cilja stvaranja fuzione elektrane.
Istraživači, uključujući Igora Igumenščova, starijeg naučnika na LLE, i Valerija Gončarova, istaknutog naučnika i direktora odeljenja za teoriju na LLE i docenta (istraživanja) na Odseku za mašinstvo, raspravljaju o svojim nalazima u radu objavljenom u Phisical Reviev Pisma .
„Ovaj eksperiment je pokazao izvodljivost inovativnog ciljanog koncepta pogodnog za pristupačnu, masovnu proizvodnju energije inercijalne fuzije“, kaže Igumenščov.
U konvencionalnom pristupu inercijskoj fuzionoj energiji, meta koja se sastoji od male količine vodoničnog goriva — u obliku izotopa vodonika deuterijuma i tricijuma — zamrznuta je čvrsta u sferni omotač. Oklop se zatim bombarduje laserima, zagrevajući centralno gorivo do ekstremno visokih pritisaka i temperatura. Kada se ovi uslovi postignu, školjka se sruši i zapali, prolazeći fuziju.
Proces oslobađa ogromnu količinu energije koja ima potencijal da pokrene elektranu bez ugljenika. Ali fuzijska elektrana, koja je još uvek hipotetička, zahtevala bi skoro milion ciljeva dnevno. Trenutne metode za proizvodnju meta korišćenjem procesa zamrznute pripreme su skupe i mete je teško proizvesti.
Dinamičko formiranje ljuske je alternativni metod za stvaranje meta u kojima se tečna kapljica deuterijuma i tricijuma ubrizgava u penastu kapsulu. Kada je bombardovana laserskim impulsima, kapsula se razvija u sferni omotač, zatim implodira i kolabira, što dovodi do paljenja. Dinamičko formiranje ljuske ne zahteva skupo kriogeno nanošenje slojeva koje koriste konvencionalne metode za generisanje energije inercije fuzije, jer koristi tečne mete. Ove mete će takođe biti lakše napraviti.
Gončarov je prvi put opisao dinamičko formiranje ljuske u radu 2020. godine, ali koncept nije eksperimentalno demonstriran. U smanjenom eksperimentu sa dokazom principa, Igumenščov, Gončarov i njihove kolege su koristili LLE-ov OMEGA laser da oblikuju sferu od plastične pene koja je imala istu gustinu kao tečno gorivo deuterijum-tricijum u školjku, demonstrirajući kritičan korak u konceptu dinamičke ljuske.
Da bi se zapravo generisala fuzija pomoću tehnike formiranja dinamičke školjke, buduća istraživanja će zahtevati lasere sa dužim i energičnijim impulsima, ali trenutni eksperiment sugeriše da bi dinamičko formiranje ljuske moglo biti izvodljivo kao put ka praktičnijim reaktorima fuzione energije.
„Kombinovanje ovog ciljnog koncepta sa visoko efikasnim laserskim sistemom koji je trenutno u razvoju u LLE će obezbediti veoma atraktivan put ka fuzionoj energiji“, kaže Igumenščov.
