2010 년 10 월, 3 개의 미국 축구장 크기의 건물에서 Lawrence Livermore National Laboratory의 연구원들은 192 개의 레이저 빔을 고려하여 과속 트럭의 펀치로 맥박에 집중 시켰으며, 핵연료 펠렛에서 페퍼 콘 크기의 크기를 발사했습니다. 그래서 NIF (National Ignition Facility)의 캠페인을 시작하여 다음과 같은 목표를 달성하기위한 캠페인을 시작했습니다. 레이저가 넣는 것보다 더 많은 에너지를 생성하는 퓨전 반응 점화
10 년 후 거의 3000 발의 샷 이후, NIF는 여전히 뱅보다 더 피즈를 생성하고 있으며, 레이저 대상의 복잡하고 잘 이해되지 않은 행동으로 인해 기화되고 촉진 될 때 방해를 받고 있습니다. 그러나 새로운 대상 디자인과 레이저 펄스 모양과 미니어처 폭발을 모니터링하는 더 나은 도구와 함께 NIF 연구원들은 "연소 혈장"으로 알려진 중요한 중간 마일스톤에 가깝다고 생각합니다. 레이저 에너지의 입력보다는 반응 자체의 열에 의해 지속되는 융합 화상.
.자조는 모든 연료를 태우고 에너지 이득을 얻는 데 중요합니다. Livermore의 퓨전 프로그램을 감독하는 Mark Herrmann은 NIF가 임계 값에 도달하면 시뮬레이션이 더 쉬운 점화 경로가 될 것이라고 제안합니다. "우리는 가능한 한 열심히 밀고있다"고 그는 말했다. "우리의 이해에 가속도를 느낄 수 있습니다." 외부인들도 감동을 받았습니다. 런던 임페리얼 칼리지 (Imperial College London)의 관성 퓨전 연구 센터 (Steven Rose)는“당신은 꾸준한 진보와 추측이 줄어들고 있다고 생각한다. "그들은 전통적으로 개최 된 디자인에서 멀어지고 새로운 것을 시도합니다."
그러나 NIF는 사치의 시간이 없을 수도 있습니다. 점화 노력에 전념하는 NIF 샷의 비율은 2012 년 거의 60%의 최고점에서 오늘날 30% 미만으로 줄어들 었습니다. 스톡 파일 청지기 직분을위한 더 많은 샷을 예약했습니다. 이는 핵 폭발을 시뮬레이션하여 탄두의 신뢰성을 확인하는 데 도움이됩니다. 최근 몇 년간 대통령 예산 요청은 NIF와 다른 곳에서 관성 감금 융합에 대한 연구를 반복적으로 삭감하려고했으며 의회가이를 보존하도록했다. NIF의 자금, NNSA (National Nuclear Security Administration)는 5 년 만에 처음으로 기계의 진행 상황을 검토하고 있습니다. 핵무기를 현대화하라는 압력 으로이 기관은 비축 청지기 직분으로의 추가 전환을 결정할 수 있습니다. "점화 프로그램이 압박 될까요?" 2010 년부터 2014 년까지 Livermore의 Fusion Energy 노력을 지휘 한 Mike Dunne에게 묻습니다.
퓨전은 오랫동안 탄소가없는 에너지 공급원으로 유지되어 왔으며, 쉽게 이용 가능한 수소의 동위 원소에 의해 연료를 공급 받고 장기 방사능 폐기물을 생성하지 않는다. 그러나 프랑스의 Ier Project와 같은 느리게 번지는 반죽 모양의 자기 용광로조차도 2035 년 이후 언젠가 에너지 이득을 달성하는 것을 목표로합니다.
.NIF 및 기타 관성 융합 장치는 용광로와 비슷하지 않고 내연 기관과 비슷할 것이며, 소장 연료 펠릿의 급속한 폭발을 통해 에너지를 생성합니다. 일부 퓨전 레이저는 펠릿에서 빔을 똑바로 목표로하는 반면, NIF의 샷은 간접적입니다. 빔은 금을 가열합니다. 금은 hohlraum이라고 불리는 연필 지우개의 크기를 가열합니다. 이는 x- 선을 방출하여 수십만 미터의 연료 캡슐을 가열하여 수십만 분의 분위기를 가열함으로써 퓨전을 발화시킵니다.
그러나 점화 캠페인의 첫 3 년간의 샷은 각각 약 1 킬로 조글 (KJ)의 에너지를 산출했으며, 각각 X- 선 펄스에 의해 캡슐에 펌핑 된 21 kJ와 원래 레이저 펄스의 1.8 메가 줄 (MJ)에 훨씬 부족했습니다. 초기 캠페인을 이끌었던 Siegfried Glenzer는이 팀이 점화에 도달하는 것에 대해 "지나치게 야심적"이라고 말했다. "우리는 시뮬레이션에 지나치게 의존했다"고 Glenzer는 현재 SLAC National Accelerator Laboratory에서 말했다.
실패한 점화 캠페인이 끝난 후 NIF 연구원들은 진단 기기를 강화했습니다. 그들은 더 많은 중성자 탐지기를 추가하여 융합 반응이 어디에서 발생하는지에 대한 3D 뷰를 제공했습니다. 또한 타겟에 가까운 얇은 와이어를 증기하기 위해 파열 후 고출력의 울트래 펄스 모멘트를 생성하기 위해 4 개의 레이저 빔을 조정했습니다. 와이어는 X-ray FlashBulb 역할을하여 압축 할 때 연료를 조사 할 수 있습니다. 버클리 캘리포니아 대학교 (University of California) 버클리 (Berkeley)의 행성 과학자 레이몬드 진 로즈 (Raymond Jeanloz)는“이것은 고양이 스캔과 같습니다. (NIF 샷의 약 10%가 기초 과학에 전념합니다.)
더 선명한 비전으로 연구자들은 이탈하는 연료 펠릿에서 에너지 누출을 추적했습니다. 하나는 작은 튜브가 샷 전에 캡슐에 연료를 주입 한 지점에 왔습니다. 누출을 막기 위해 팀은 튜브를 더 얇게 만들었습니다. 다른 누출은 캡슐의 플라스틱 껍질로 거슬러 올라가서 연구원들은 제조를 개조하여 백만 분의 1 미터의 불완전 성을 부드럽게합니다. Rochester University의 Laser Energetics 실험실의 Mingsheng Wei는“과학자들이 어떤 개선이 필요한지 이해하는 데 실제로 진단 된 진단은 실제로 진단을 받는다”고 말했다.
시험에 의한 화재
이 팀은 또한 20 나노초 레이저 펄스의 모양을 가지고 놀았습니다. 연료를 너무 빨리 가열하지 않고 압축하기가 더 어려워지면서 초기 샷이 천천히 증가했습니다. 나중에 펄스가 더 공격적으로 증가하여 플라스틱 캡슐이 압축 중에 연료와 혼합 할 시간이 줄어들 었습니다.
2017 년에 시작된 현재 캠페인에서 연구원들은 Hohlraum과 캡슐을 최대 20%까지 확대하여 온도를 높이고 캡슐이 흡수 할 수있는 X- 선 에너지를 증가시킵니다. 압력을 높이기 위해 펄스 지속 시간을 연장하고 플라스틱 캡슐에서 밀도가 높은 다이아몬드로 전환하여 연료를보다 효율적으로 압축합니다.
NIF는 60kJ에 다가가는 수확량을 반복적으로 달성했습니다. 그러나 Herrmann은 이번 달 초 American Physical Society의 Plasma Physics Meeting 부서에서 논의 된 최근의 장면이이를 초과했다고 밝혔다. 반복 샷은 연소 혈장에 얼마나 가까이 다가 갔는지 측정 할 계획이며, 이는 약 100 kJ가 발생할 것으로 예상됩니다. "정말 흥미 롭다"고 그는 말한다.
최대 압축에서도 NIF 연구원들은 연료의 중심만이 융합하기에 충분히 뜨겁다 고 생각합니다. 그러나 고무적인 발견에서, 그들은 핫스팟이 융합 반응에 의해 생성 된 열광적으로 움직이는 헬륨 핵 또는 알파 입자로부터 가열 증가를 얻고 있다는 증거를 본다. NIF가 조금 더 에너지로 펌핑 할 수 있다면 핫스팟에서 경주 할 파도를 불러 일으켜 연료를 태울 수 있습니다.
.Herrmann 은이 팀은 여전히 시도해 볼 수있는 몇 가지 트릭을 가지고 있다고 말했다. 그들은 다른 hohlraum 모양을 테스트하여 캡슐에 에너지를 더 잘 집중시킵니다. 그들은 X- 선 에너지를보다 효율적으로 포획하고 전달할 수있는 이중 벽 캡슐을 실험하고 있습니다. 캡슐 벽에 얼음으로 얼지 않고 캡슐 내의 폼에 연료를 담그면 더 나은 중앙 핫스팟을 형성하기를 희망합니다.
그것이 점화에 도달하기에 충분할까요? 이러한 단계로 충분하지 않으면 레이저 에너지를 향상시키는 것이 다음 옵션이 될 것입니다. NIF 연구자들은 4 개의 빔 라인에 대한 업그레이드를 테스트했으며, 모든 빔에 업그레이드가 적용되면 전체 시설을 3 MJ에 가깝게 가져올 수있는 에너지 부스트를 얻었습니다.
.물론 이러한 업그레이드는 시간과 돈이 필요합니다. NIF는 결국 얻지 못할 수도 있습니다. NIF와 다른 곳의 퓨전 과학자들은 NNSA 검토의 결론을 걱정하고 있습니다. "얼마나 멀리 얻을 수 있습니까?" Herrmann이 묻습니다. "나는 낙관론자이다. 우리는 가능한 한 NIF를 밀어 넣을 것이다."
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