في 8 أغسطس 2021 ، ضخت 192 شعاعًا من الليزر طاقة أكبر بكثير من طاقة الشبكة الكهربائية الأمريكية بأكملها في كبسولة صغيرة من الذهب وأشعلت ، لفصيل من الثانية ، نفس النيران الحرارية النووية التي تشغل الشمس.
التجربة في قوة الاندماج ، التي أجراها مرفق الإشعال الوطني في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ، تم استكشافها بالتفصيل في ثلاث أوراق بحثية جديدة – نُشرت إحداها في رسائل المراجعة البدنيةو اثنينأوراق نشرت في المراجعة الجسدية هـ – هذا يجادل بأن الباحثين حققوا “الاشتعال” ، وهي خطوة حاسمة تثبت أن الاندماج النووي المتحكم فيه قابل للتحقيق. لكن تعريفات ما يشكل “اشتعالًا” تختلف ، ومهما تم تعريفها ، فإن نتائج عام 2021 لا تزال بعيدة جدًا عن مفاعل الاندماج العملي ، على الرغم من إنتاج كمية كبيرة جدًا من الطاقة.
يتضمن الاندماج النووي اندماج عنصرين ، عادة نظائر الهيدروجين ، في عنصر أثقل هيليوم. إنها تطلق كميات هائلة من الطاقة في هذه العملية ، وهي العملية التي تمد النجوم مثل الشمس بالطاقة.
ستنتج محطة توليد الطاقة الاندماجية طاقة وفيرة باستخدام الهيدروجين من الماء فقط كوقود ، وتنتج الهيليوم كنفايات ، دون التعرض لخطر الانهيارات أو الإشعاع. يتناقض هذا مع الانشطار النووي ، وهو نوع التفاعل في محطات الطاقة النووية المعاصرة ، والذي يقسم نوى العناصر الثقيلة مثل اليورانيوم لإنتاج الطاقة.
بينما تحدث تفاعلات الاندماج في الشمس ، ويحدث الاندماج غير المنضبط في انفجارات الأسلحة النووية الحرارية ، إلا أن التحكم في تفاعل الاندماج المستمر لتوليد الطاقة قد استعصى على المهندسين النوويين لعقود. تمكنت تجارب التصميم المتنوع من إنتاج تفاعلات اندماجية لفترات زمنية قصيرة جدًا ، ولكنها لم تصل أبدًا إلى “الاشتعال” ، وهي النقطة التي تكون فيها الطاقة المنبعثة من تفاعل الاندماج أكبر من كمية الطاقة المطلوبة لتوليد هذا التفاعل والحفاظ عليه .
الفريق في National Ignition Facility ومؤلفو إحدى الأوراق الثلاثة الجديدة ، و واحد منشور في المجلة رسائل المراجعة البدنية، يجادل بأن “الاشتعال هو حالة يمكن أن تبدأ فيها بلازما الاندماج” حرق التكاثر “في الوقود البارد المحيط ، مما يتيح إمكانية اكتساب طاقة عالية.” أي أن الاندماج بدأ في وقود الهيدروجين البارد وتوسع التفاعل ليولد طاقة أكبر بكثير مما كانت عليه في التجارب السابقة.
تطلبت تجربة 8 أغسطس 2021 1.9 ميغا جول من الطاقة على شكل ليزر فوق بنفسجي لتحريض تفاعل اندماجي في حبيبات صغيرة مجمدة من نظائر الهيدروجين ، وهو تصميم تفاعل اندماج قصور ذاتي – وأطلق 1.3 ميغا جول من الطاقة ، أو حوالي 70٪ من الطاقة الموضوعة في التجربة. بعبارة أخرى ، كان الناتج أكثر من كوادريليون واط من الطاقة ، حتى لو تم إطلاقه لجزء صغير من الثانية.
“كانت اللقطة القياسية تقدمًا علميًا كبيرًا في أبحاث الاندماج ، والتي تثبت أن الاشتعال الاندماجي في المختبر ممكن في NIF” ، هذا ما قاله عمر هوريكان ، كبير العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني لبرنامج اندماج الحبس الذاتي ، قال في بيان. “لقد كان تحقيق الشروط اللازمة للاشتعال هدفًا طويل الأمد لجميع أبحاث اندماج الحبس الذاتي ويفتح الوصول إلى نظام تجريبي جديد حيث يفوق التسخين الذاتي لجسيمات ألفا جميع آليات التبريد في بلازما الاندماج.”
أنتجت المحاولات اللاحقة لتكرار التجربة طاقة إنتاج أقل بكثير ، معظمها في نطاق 400 إلى 700 كيلوجول ، مما دفع بعض الباحثين إلى اقتراح أن التصميم التجريبي لمرفق الإشعال الوطني هو طريق مسدود تقنيًا ، وفقا للتقرير من قبل قسم الأخبار في المجلة طبيعة سجية.
قال الفيزيائي والباحث السابق في مختبر أبحاث البحرية الأمريكية ستيفن بودنر: “أعتقد أنه ينبغي عليهم وصف ذلك بالنجاح والتوقف” طبيعة سجية.
كلف مرفق الإشعال الوطني 3.5 مليار دولار ، أي أكثر من ملياري دولار أكثر مما كان متوقعًا ، وهو متأخر عن الجدول الزمني ، حيث استهدف الباحثون في البداية عام 2012 حيث أن الموعد النهائي لإثبات أن الإشعال كان ممكنًا باستخدام التصميم.
تشير الدراسات الجديدة إلى أن الباحثين على استعداد لمواصلة استكشاف ما يمكن لمرفق الإشعال الوطني القيام به ، خاصةً لأنه على عكس باحثي الاندماج الآخرين ، لا يركز الباحثون في المنشأة بشكل أساسي على تطوير محطات طاقة الاندماج ، ولكن فهم أفضل للأسلحة النووية الحرارية.
قال الدكتور هوريكان: “نحن نعمل في ظل نظام لم يتمكن أي باحث من الوصول إليه منذ انتهاء التجارب النووية”. “إنها فرصة رائعة لتوسيع معرفتنا بينما نواصل إحراز تقدم.”
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”