5 번째 생일에 다가 가면서 캘리포니아의 곤경에 처한 레이저 퓨전 시설 인 NIF (National Ignition Facility)는 마침내 퓨전 과학자들이 열성적으로 얻을 수있는 몇 가지 결과를 제작했습니다. 작년 말 일련의 실험에서 NIF 연구원들은 이전보다 10 배 더 큰 에너지 수율을 생산하고 융합이 "점화"라는 궁극적 인 목표에 도달하는 데 중요한자가 가열 현상을 보여주었습니다.
.Imperial College London의 관성 융합 연구 센터의 Steven Rose는“이것은 매우 중요한 업적이며 더 높은 수익률을 보이기에 좋은 곳입니다.
캘리포니아의 Lawrence Livermore 국립 연구소에 위치한 NIF는 수소의 두 가지 동위 원소에서 중수소와 삼중 수소에서 핵을 융합하여 태양과 수소 폭탄의 에너지 공급원을 재현하는 것을 목표로합니다. 그것은 세계 최고의 에너지 레이저로 거대한 온도와 압력으로 가열함으로써 핵이 자연적인 상호 반발을 극복하기에 충분한 힘과 함께 부수어.
.2009 년에 완료된 후 NIF 연구원들은 3 년간의 캠페인을 시작하여 가능한 빨리 점화를 달성했습니다. 그러나 그 시대가 끝났을 때, 그들은 여전히 목표에서 매우 먼 길이었습니다. 미국 의회는 실험실에 3 년 동안보다 탐색적인 실험을 수행하고 문제를 식별하기 위해 추가로 실험실에 부여했습니다.
오늘날 Nature 에 발표 된 새로운 결과 그리고 지난주 물리 검토 편지 ,이 접근법이 작동한다는 첫 번째 신호입니다. 또 다른 레이저 퓨전 랩 (Fusion Lab) 뉴욕의 로체스터 대학 (University of Rochester)의 Laser Energetics 실험실 책임자 인 Robert McCrory는“좋은 결과입니다. "곧 돌파구를 기대하는 사람들은 실망 할 것"이라고 그는 말한다.
융합에 필요한 극한 조건에 도달하기 위해 프랑스의 ITER 반응기와 같은 일부 시설은 강력한 자기장을 사용하여 연료를 제한하고 입자 빔으로 가열합니다. NIF는 다른 접근법을 따릅니다. 작은 퓨전 폭발을 만들기 위해 레이저 펄스로 작은 연료 샘플을 폭파합니다. 모든 것이 제대로 작동하면 폭발은 레이저 펄스보다 에너지가 높아 순 에너지 이득을 제공합니다. 축구 경기장의 크기 인 NIF의 레이저는 192 개의 자외선 빔을 생산하여 1.9 메가 줄 (Megajoules) (시간당 160 킬로미터로 이동하는 2 톤 트럭의 운동 에너지)을 전달할 수 있습니다.
자외선 빔은 X- 선으로 변환 된 다음 0.17 밀리그램의 냉동 중화 및 삼중 수소를 함유 한 후추보다 작은 중공 플라스틱 구인 연료 캡슐에 떨어집니다. 캡슐에 치는 강렬한 X- 선 펄스는 일부 플라스틱이 날아가게합니다. 이것은 나머지 플라스틱과 냉동 연료를 고속으로 중심으로 향하게합니다. 모든 계획에 따라 진행되면, 결과는 5 천만 켈빈의 융합 연료의 작은 공이 납 밀도의 100 배 - 퓨전 반응을 일으키기에 충분히 밀도가 높습니다.
.NIF의 원래 점화에 도달하려는 원래 계획은 Livermore 및 기타 실험실의 초기 작업을 기반으로 시뮬레이션에 크게 의존했습니다. NIF 과학자들이 샷을 발사하기 시작하면 전체 과정이 작동하는 것처럼 보였고 시뮬레이션은 NIF가 많은 융합을 가져야한다고 예측했습니다. 그러나 악기는 다른 이야기를 들었습니다. 에너지 수율은 매우 낮았습니다. 2012 년 의회는 조사를 명령했으며, 이는 궁극적으로 시뮬레이션과 실험의 발산을 설명 할 수 없다는 NIF 연구원들을 비판했습니다. 2013 년에 NIF 연구원들은 과학적으로 문제를보다 탐구하기 시작했습니다. 실험실에서도 리더십의 변화가 있었고 새로운 연구원들은 팀에 합류했습니다.
그들은 두 가지 주요 문제를 확인했습니다. 연료 펠렛의 압축은 종종 대칭이 아니며 반죽 모양의 연료 덩어리를 생성했습니다. 그리고 이탈하는 동안, 플라스틱 캡슐이 분해되어 연료와 혼합되어 끝에서 융합을 불꽃을 일으키기가 더 어려워졌습니다.
.모양 문제를 해결하기 위해 새로운 팀은 192 레이저 빔의 상대적 에너지를 가지고 놀기 시작했습니다.
캡슐의 파괴를 방지하기 위해 연구원들은 레이저 펄스의 타이밍을 조정했습니다. 초기 샷은 20 나노초 대부분의 대부분의 경우 연료를 가열하지 않고 파열을 움직이고 최종 스파크를 위해 고전력으로 마무리하기 위해 저전력으로 실행되었습니다. 이 "낮은 발"접근법의 배후에있는 아이디어는 냉장 연료가 마지막에 더 높은 밀도로 압축 될 것이라는 것이었다. 단점은 속도가 느리면 캡슐 시간이 끊어 질 수 있다는 것입니다. "저렴한 샷으로,"한 번에 너무 많은 해로운 일이 일어나고 있는데, 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 없다 "고 Washington, D.C. Washington에있는 해군 연구 실험실의 플라즈마 물리 부서의 레이저 플라즈마 지점 책임자 인 Stephen Obenschain은 말합니다.
새로운 NIF 팀은 약간 더 높은 전력으로 시작한 맥박을 시도하여 연료가 더 빨리 붕괴되고 15 나노 초 후에 더 빨리 펄스를 끝내기로 결정했습니다. 이러한 "높은 발"펄스는 결국 밀도가 높을 수 없을 것이지만, 연구원들은 그것이 혼합을 제어하는 데 도움이되기를 바랐습니다. 작년 8 월 13 일에 발사 된 총격 사건은 에너지 수확량이 크게 증가하면서 제대로 입증되었습니다. 9 월 27 일과 11 월 19 일에 또 다른 두 발사는 더 나은 결과를 얻었으며,이 파열 (11 및 9 킬로 줄) 동안 퓨전 연료에 퇴적 된 것보다 더 많은 에너지 (14.4 및 17.3 킬로 줄)을 생산했습니다. NIF 팀장 오마르 허리케인은 이번 주 기자 회견에 말했다.
중요하게도, 팀은 또한 융합 수율 증가에 필수적인 자체 가열 현상을 보았습니다. 융합 반응은 중성자뿐만 아니라 알파 입자 (헬륨 핵)를 생성하고, 연료의 코어에서 반응이 시작될 때, 알파는 주변 냉각기 연료를 반응 온도로 가열함으로써 도움이되었습니다. NIF 팀은 최고의 샷 에서이 알파 가열이 퓨전 수확량을 두 배로 늘 렸다고 생각합니다. 로즈는“알파는 실제로 가스를 가열한다
관찰자들은 또한 작년 샷에서 시뮬레이션과 실험 결과 사이에 면밀한 일치가 있었음을 지적했다. Sandia National Laboratories의 전 NIF 이사 인 Michael Campbell은“이러한 수정이 적은 파산을하면서 결과는 이제 코드에 동의하며 매우 고무적입니다. 로즈는“그들은 이전에 할 수 없었던 방식으로 시뮬레이션을 신뢰할 수있다.
그러나 최근의 샷은 대부분의 퓨전 연구자들이 실제 "이득"으로 간주하는 것과는 거리가 멀다. 레이저 에너지보다 더 많은 융합 에너지가 더 많은 융합 에너지가 연료로 에너지보다 더 많은 수율을 생성했지만 Laser Pulse의 에너지는 UV에서 X- 레이로 변환되어 연료 캡슐에 초점을 맞출 때 손실됩니다. 작년 최고의 샷은 레이저 펄스 에너지의 1% 미만을 생산했습니다.
NIF 팀이 지금해야 할 일에 대한 의견이 나뉩니다. McCrory는 현재의 접근 방식이 결국 성공적인 점화로 이어질 것이라고 믿지 않으므로 더 많은 혁신이 필요합니다. "그들은 갈 수있는 한 멀리 밀고있다"고 그는 말했다. 로즈는 다음과 같이 동의합니다. 문제는 연구원들이 파열 중에 혼합을 제어하기위한 최종 압력을 되돌려 놓았다는 것입니다. 허리케인은 기자 회견에서 "예, 우리는 이러한 통제권을 얻기 위해 스스로 제한적으로 스스로 제한했다"고 말했다. "그것은 출발의 지점입니다. 이제 우리는 다른 방향으로 파업해야합니다."
.불확실성에도 불구하고, 연구원들은 NIF의 새로운 진전으로 인해 장려됩니다. 캠벨은“이것은 올바른 실험이다. "그들이 이것을 얼마나 멀리 할 수 있는지 누가 알겠습니까?"
*교정, 2 월 12 일 오후 5시 6 분 : 이 항목은 Stephen Obenschain이 해군 연구 연구소의 플라즈마 물리 부서의 레이저 플라즈마 지점의 수장임을 분명히하기 위해 수정되었습니다.
