8 sierpnia 2021 r. Eksperyment w National Ignition Facility (NIF) w Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL ) wykonał znaczący krok w kierunku zapłonu, osiągając wydajność ponad 1,3 megadżuli (MJ). Ten postęp stawia naukowców na progu zapłonu syntezy jądrowej, ważnego celu NIF, i otwiera dostęp do nowego reżimu eksperymentalnego.
Eksperyment był możliwy dzięki skupieniu światła laserowego z NIF — wielkości trzech boisk piłkarskich — na celu wielkości kulki, który wytwarza gorący punkt o średnicy ludzkiego włosa, generując ponad 10 biliardów watów mocy termojądrowej na 100 bilionowe części sekundy.
„ Te niezwykłe wyniki NIF rozwijają naukę, na której opiera się NNSA, aby zmodernizować naszą broń jądrową i produkcję, a także otworzyć nowe ścieżki badań ” – powiedziała Jill Hruby, sekretarz Departamentu ds. Bezpieczeństwa Jądrowego i administrator NNSA.
Główną misją NIF jest dostarczanie wglądu eksperymentalnego i danych dla naukowego programu zarządzania zapasami NNSA. Ważną częścią tych wysiłków są eksperymenty w dążeniu do zapłonu syntezy jądrowej. Dostarczają danych w ważnym reżimie eksperymentalnym, do którego dostęp jest niezwykle trudny, pogłębiając naszą wiedzę na temat podstawowych procesów zapłonu i spalania syntezy jądrowej oraz ulepszając nasze narzędzia symulacyjne wspierające zarządzanie zapasami. Zapłon termojądrowy jest również ważną bramą umożliwiającą dostęp do wysokich wydajności syntezy termojądrowej w przyszłości.
„Ten wynik jest historycznym krokiem naprzód w badaniach nad syntezą termojądrową w warunkach inercyjnych, otwierając całkowicie nowy system eksploracji i rozwoju naszych krytycznych misji bezpieczeństwa narodowego. Jest to również świadectwo innowacyjności, pomysłowości, zaangażowania i wytrwałości tego zespołu oraz wielu badaczy w tej dziedzinie przez dziesięciolecia, którzy konsekwentnie dążyli do tego celu” – powiedział dyrektor LLNL Kim Budil. „ Dla mnie pokazuje to jedną z najważniejszych ról krajowych laboratoriów – nasze nieustanne zaangażowanie w rozwiązywanie największych i najważniejszych wielkich wyzwań naukowych oraz znajdowanie rozwiązań, w których inne przeszkody mogą być zniechęcone. ”
Chociaż pełna naukowa interpretacja tych wyników nastąpi w trakcie recenzowanego czasopisma/procesu konferencji, wstępna analiza wskazuje na 8-krotną poprawę w porównaniu z eksperymentami przeprowadzonymi wiosną 2021 r. i 25-krotny wzrost w stosunku do rekordowej wydajności NIF z 2018 r .
„Uzyskanie eksperymentalnego dostępu do oparzeń termojądrowych w laboratorium jest kulminacją dziesięcioleci prac naukowych i technologicznych, które trwają prawie 50 lat” – powiedział dyrektor laboratorium krajowego Los Alamos, Thomas Mason. „Umożliwia to eksperymenty, które sprawdzą teorię i symulacje w reżimie wysokiej gęstości energii bardziej rygorystycznie niż kiedykolwiek wcześniej i umożliwią fundamentalne osiągnięcia w naukach stosowanych i inżynierii”.
Eksperyment opierał się na kilku postępach uzyskanych dzięki spostrzeżeniom opracowanym w ciągu ostatnich kilku lat przez zespół NIF, w tym nowej diagnostyce; ulepszenia produkcji docelowej w hohlraum, otoczce kapsułki i rurce wypełniającej; poprawiona precyzja lasera; oraz zmiany konstrukcyjne w celu zwiększenia energii związanej z implozją i kompresją implozji.
„Ten znaczący postęp był możliwy tylko dzięki trwałemu wsparciu, poświęceniu i ciężkiej pracy bardzo dużego zespołu przez wiele dziesięcioleci, w tym tych, którzy wspierali wysiłki w LLNL, partnerów przemysłowych i akademickich oraz naszych współpracowników w Los Alamos National Laboratory i Sandia National Laboratories, Laboratorium Energetyki Laserowej i Ogólnej Atomiki Uniwersytetu Rochester” – powiedział Mark Herrmann, zastępca dyrektora programowego LLNL ds. Fizyki Podstawowych Broni. „Ten wynik opiera się na pracy i sukcesach całego zespołu, w tym osób, które od najwcześniejszych dni naszego Laboratorium zajmowały się fuzją inercyjną. Powinni także dzielić emocje związane z tym sukcesem”.
Patrząc w przyszłość, dostęp do tego nowego reżimu eksperymentalnego zainspiruje nowe drogi badań i zapewni możliwość porównawczego modelowania wykorzystywanego do zrozumienia bliskości zapłonu. Plany powtórnych eksperymentów są już w toku, chociaż ich wykonanie zajmie kilka miesięcy.
https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-experiment-puts-researchers-threshold-fusion-ignition
National Ignition Facility experiment puts researchers at threshold of fusion ignition
On Aug. 8, 2021, an experiment at Lawrence Livermore National Laboratory’s (LLNL’s) National Ignition Facility (NIF) made a significant step toward ignition, achieving a yield of more than 1.3 megajoules (MJ). This advancement puts researchers at the threshold of fusion ignition, an important goal of the NIF, and opens access to a new experimental regime.
The experiment was enabled by focusing laser light from NIF — the size of three football fields — onto a target the size of a BB that produces a hot-spot the diameter of a human hair, generating more than 10 quadrillion watts of fusion power for 100 trillionths of a second.
“These extraordinary results from NIF advance the science that NNSA depends on to modernize our nuclear weapons and production as well as open new avenues of research,” said Jill Hruby, DOE under secretary for Nuclear Security and NNSA administrator.
The central mission of NIF is to provide experimental insight and data for NNSA’s science-based Stockpile Stewardship Program. Experiments in pursuit of fusion ignition are an important part of this effort. They provide data in an important experimental regime that is extremely difficult to access, furthering our understanding of the fundamental processes of fusion ignition and burn and enhancing our simulation tools to support stockpile stewardship. Fusion ignition is also an important gateway to enable access to high fusion yields in the future.
“This result is a historic step forward for inertial confinement fusion research, opening a fundamentally new regime for exploration and the advancement of our critical national security missions. It is also a testament to the innovation, ingenuity, commitment and grit of this team and the many researchers in this field over the decades who have steadfastly pursued this goal,” said LLNL Director Kim Budil. “For me it demonstrates one of the most important roles of the national labs – our relentless commitment to tackling the biggest and most important scientific grand challenges and finding solutions where others might be dissuaded by the obstacles.”
While a full scientific interpretation of these results will occur through the peer-reviewed journal/conference process, initial analysis shows an 8X improvement over experiments conducted in spring 2021 and a 25X increase over NIF’s 2018 record yield.
“Gaining experimental access to thermonuclear burn in the laboratory is the culmination of decades of scientific and technological work stretching across nearly 50 years,” said Los Alamos National Laboratory Director Thomas Mason. “This enables experiments that will check theory and simulation in the high energy density regime more rigorously than ever possible before and will enable fundamental achievements in applied science and engineering.”
The experiment built on several advances gained from insights developed over the last several years by the NIF team including new diagnostics; target fabrication improvements in the hohlraum, capsule shell and fill tube; improved laser precision; and design changes to increase the energy coupled to the implosion and the compression of the implosion.
“This significant advance was only made possible by the sustained support, dedication and hard work of a very large team over many decades, including those who have supported the effort at LLNL, industry and academic partners and our collaborators at Los Alamos National Laboratory and Sandia National Laboratories, the University of Rochester’s Laboratory for Laser Energetics and General Atomics,” said Mark Herrmann, LLNL’s deputy program director for Fundamental Weapons Physics. “This result builds on the work and successes of the entire team, including the people who pursued inertial confinement fusion from the earliest days of our Laboratory. They should also share in the excitement of this success.”
Looking ahead, access to this new experimental regime will inspire new avenues for research and provide the opportunity to benchmark modeling used to understand the proximity to ignition. Plans for repeat experiments are well underway, although it will take several months for them to be executed.
