Didžiulis žingsnis moksle: termobranduolinės sintezės vystyme pasiekta reikšminga pergalė

Pirmą kartą termobranduolinės sintezės reakcija pasiekė rekordinę 1,3 megadžaulio energijos galią – ir viršijo energiją, kurią sugeria jai sukelti naudojamas kuras.

 Darbuotojas reguliuoja optinį elementą, esantį išankstinio stiprintuvo atraminėje konstrukcijoje.<br> Lawrence Liverpool National Laboratory nuotr.
 Darbuotojas reguliuoja optinį elementą, esantį išankstinio stiprintuvo atraminėje konstrukcijoje.<br> Lawrence Liverpool National Laboratory nuotr.
 Inercinės izoliacijos termobranduolinės sintezės vidinis sprogimas Nova lazeriu devintajame dešimtmetyje.<br>Wikimedia Commons.
 Inercinės izoliacijos termobranduolinės sintezės vidinis sprogimas Nova lazeriu devintajame dešimtmetyje.<br>Wikimedia Commons.
Daugiau nuotraukų (2)

Lrytas.lt

Dec 10, 2021, 3:54 PM

Nors dar reikia nueiti netrumpą kelią, šis rezultatas gerokai pagerino ankstesnius rezultatus: aštuonis kartus viršijo vos prieš kelis mėnesius atlikto eksperimento rezultatus ir 25 kartus viršijo 2018 m. atliktų eksperimentų rezultatus. Tai didžiulis pasiekimas.

JAV Nacionalinės Lawrence'o Livermore'o laboratorijos fizikai savo tyrimą pateiks recenzavimui.

„Šis rezultatas yra istorinis žingsnis į priekį inercinės izoliavimo branduolių sintezės tyrimuose, sudarantis iš esmės naują tyrinėjimų ir mūsų svarbiausių nacionalinio saugumo misijų įgyvendinimo tvarką. Tai taip pat yra šios komandos ir daugelio šios srities tyrėjų, kurie dešimtmečiais atkakliai siekė šio tikslo, novatoriškumo, išradingumo, atsidavimo ir drąsos įrodymas“, – sakė laboratorijos direktorius Kimas Budilas.

„Man tai rodo vieną svarbiausių nacionalinių laboratorijų vaidmenų – mūsų nepaliaujamą įsipareigojimą spręsti didžiausius ir svarbiausius mokslinius iššūkius ir rasti sprendimus ten, kur kitus galėtų atbaidyti kliūtys“, – teigė mokslininkas.

Inercinio izoliavimo branduolių sintezės metu sukuriama kažkas panašaus į mažą žvaigždę. Viskas prasideda nuo kuro kapsulės, sudarytos iš deuterio ir tričio – sunkiųjų vandenilio izotopų. Ši kuro kapsulė įdedama į tuščiavidurę maždaug pieštuko trintuko dydžio aukso kamerą, vadinamą hohlraumu.

Tada į hohlraumą paleidžiami 192 didelio galingumo lazerio spinduliai, kurie konvertuojami į rentgeno spindulius. Šie rentgeno spinduliai susprogdina kapsulę ir ją įkaitina bei suspaudžia taip, jog sąlygos galiausiai prilygsta sąlygoms, esančioms žvaigždės centre –  t.y. iki temperatūros, viršijančios 100 mln. laipsnių Celsijaus, ir slėgio, didesnio nei 100 mlrd. Žemės atmosferų. Taip kuro kapsulė paverčiama mažyčiu plazmos lašeliu.

Pagrindinės sekos žvaigždės širdyje vandenilis virsta sunkesniais elementais, tas pats atsitinka ir kuro kapsulėje esantiems deuteriui ir tričiui. Visas procesas trunka vos kelias milijardines sekundės dalis. Tikslas – pasiekti užsidegimą, t. y. momentą, kai termobranduolinės sintezės proceso metu susidariusi energija viršija visą įneštą energiją.

Rugpjūčio 8 d. atliktas eksperimentas vos nepasiekė šios ribos. Lazerių sąnaudos buvo 1,9 megadžaulio. Tačiau tai vis tiek nepaprastai įdomu –  nes komandos atliktų matavimų duomenimis, kuro kapsulė sugėrė virš penkių kartų mažiau energijos, nei jos buvo pagaminta termobranduolinės sintezės proceso metu.

Komanda teigė, kad tai kruopštaus darbo tobulinant eksperimentą rezultatas, įskaitant hohlraumo ir kapsulės konstrukciją, geresnį lazerių tikslumą, naujas diagnostikos priemones ir konstrukcijos pakeitimus, kuriais siekiama padidinti kapsulės vidinio sprogimo greitį, kad daugiau energijos būtų perduota į plazmos židinį, kuriame vyksta branduolių sintezė.

„Eksperimentinė galimybė laboratorijoje atlikti termobranduolinį degimą yra beveik 50 metų trukusio mokslinio ir technologinio darbo kulminacija“, – sakė Los Alamoso Nacionalinės laboratorijos direktorius Thomas Masonas.

„Tai leidžia atlikti eksperimentus, kurie leis patikrinti teoriją ir modeliavimą didelio energijos tankio režime griežčiau nei kada nors anksčiau, ir leis pasiekti esminių laimėjimų taikomajame moksle bei inžinerijoje“, – aiškino mokslininkas.

Komanda planuoja atlikti tolesnius eksperimentus – kad išsiaiškintų, ar gali pakartoti savo rezultatus ir išsamiau ištirti procesą. Rezultatai taip pat atveria naujas galimybes eksperimentiniams tyrimams.

Fizikai taip pat tikisi išsiaiškinti, kaip dar labiau padidinti energijos vartojimo efektyvumą. Daug energijos prarandama lazerio šviesą hohlraumo viduje paverčiant rentgeno spinduliais, ir didelė lazerio šviesos dalis tenka hohlraumo sienelėms šildyti. Išsprendus šią problemą, bus žengtas dar vienas svarbus žingsnis.

Tačiau kol kas tyrėjai yra džiugiai susijaudinę.

„Pasiekti užsidegimą laboratorijoje tebėra vienas didžiųjų šių laikų mokslo iššūkių, o šis rezultatas yra svarbus žingsnis į priekį siekiant šio tikslo“, – sakė Masačiusetsto Technologijų Instituto Plazmos mokslo ir termobranduolinės sintezės centro fizikas Johanas Frenje.

„Tai taip pat leidžia ištirti iš esmės naują režimą, kurį labai sunku pasiekti eksperimentiškai, pagilinti mūsų supratimą apie termobranduolinės sintezės užsidegimo ir degimo procesus, o tai labai svarbu norint patvirtinti ir patobulinti mūsų modeliavimo priemones, skirtas atsargų valdymui, – teigė J.Frenje. – Be to, šis rezultatas yra istorinis, nes yra daugelio dešimtmečių sunkaus darbo, inovacijų ir išradingumo, didelio masto komandinio darbo ir nepaliaujamo susitelkimo į galutinį tikslą kulminacija“.

Savo rezultatus komanda pristatė 63-iajame metiniame APS Plazmos fizikos skyriaus susitikime.

Parengta pagal „Science Alert“.

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.