مسابقه برای لیزر{0}}انرژی فیوژن گرم می‌شود - اخبار

در آگوست 2022، زمانی که تیمی از دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) یک گلوله شلیک کردند که بازدهی 1.35 مگا ژول (MJ) انرژی همجوشی با 1.9 مگا ژول انرژی لیزر را به دست آورد، یک علامت انفجار علمی بود{3}.

بعداً در همان سال، طی آزمایش دیگری با همجوشی اینرسی (معروف به همجوشی{3}}لیزر)، دانشمندان به بازده 3.15 مگا ژول انرژی همجوشی با 2.05 مگا ژول انرژی لیزر دست یافتند و به اشتعال رسیدند. این یک واکنش همجوشی گرما هسته‌ای بود که در آزمایشگاه ایجاد شد-و مسابقه جهانی را برای قرار دادن انرژی همجوشی بدون لیزر{9}}رایگان کربن در شبکه تا دهه 2030 یا 2040 آغاز کرد.

Arianna Gleason، معاون مدیر علوم انرژی SLAC و معاون بخش علوم انرژی SLAC و معاون مدیر علوم انرژی SLAC می‌گوید: «این یک نقطه عطف زمانی بود که NIF برای اولین بار با موفقیت نشان داد که همجوشی اینرسی امکان‌پذیر است، و نکته کلیدی در داشتن نوع مناسب سوخت-دوتریوم-تریتیوم-و استفاده از لیزر برای فشرده‌سازی و ذوب آن برای تولید افزایش است.» "مثل حفظ سوخت یک ستاره{4}}فقط برای کسری از ثانیه در آزمایشگاه است."

معماری لیزر برای همجوشی پیشرفت می کند

NIF در دهه 1990 ساخته شد و دارای فناوری لیزر آن زمان است. گلنزر می‌گوید: «ما در حال حاضر لیزرها را بسیار کارآمدتر از دهه 1990 می‌سازیم. فناوری ما به نقطه‌ای پیشرفت کرده است که می‌توانیم لیزرهای بسیار کارآمد با سرعت‌های تکراری که برای همجوشی{4}}شات‌های زیادی در ثانیه نیاز داریم، داشته باشیم. جالب اینجاست که ریزتراشه‌های داخل آیفون‌ها با فناوری لیزری تولید می‌شوند که در واقع از برنامه همجوشی لیزری بیرون آمده است. این اولین موفقیت تجاری همجوشی لیزری بود.

گلیسون می‌گوید: در جامعه فیوژن، فناوری لیزر به آرامی از معماری‌های قدیمی‌تری که در گذشته کار می‌کردند دور می‌شود. "اما ما به لیزرهای کارآمدتری نیاز داریم، بنابراین از لیزرهای دیودی-وضعیت جامد{5}}پمپ شده (DPSSL) استفاده می کنیم."

این بدان معناست که زنجیره تامین لیزرهای DPSSL باید ایجاد شود، زیرا همه به سمت پلت فرم لیزر استاندارد IFE برای آزمایش های مورد نیاز حرکت می کنند. Gleason می‌گوید: "لیزرهای فیبر{1} یک روش برای انتقال نور از یک مکان به مکان دیگر هستند که در همه جا توسط مخابرات مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما از آنجایی که جامعه فیوژن تلاش می‌کند از نسل فعلی معماری‌های لیزری استفاده کند و لیزرهای بزرگ‌تری می‌سازیم، باید بیشتر مراقب نحوه سرد شدن چیزها باشیم. این یک فضای نوآورانه برای شرکت‌ها است."

گلیسون می‌گوید: لیزرهای اگزایمر از گاز به‌عنوان وسیله‌ای استفاده می‌کنند و «سابقه قوی با وزارت دفاع (DoD) برای سلاح‌های انرژی هدایت‌شده{0}} دارند. "این همچنین پایه ای برای مفهوم همجوشی است. پیشرفت بزرگی با لیزرهای اگزایمر حاصل شده است که بر پایه دهه ها فیزیک و مطالعات است. ما در حال پیشرفت برای داشتن چنین لیزر قدرتمندی هستیم{4}}شاید با ردپایی کوچکتر یا با کارایی بهتر. چگونه می توانید چنین ساختار لیزری بزرگی را خنک کنید؟ اینها مکان هایی هستند که شرکت های خصوصی سس می توانند خودشان را توسعه دهند."

هاب های همجوشی STARFIRE و RISE

مرکز همجوشی STARFIRE توسط LLNL با SLAC هدایت می‌شود تا انرژی همجوشی مبتنی بر لیزر{0}}را تجاری‌سازی کند. تمرکز آن بر-طرح‌های هدف، تولید هدف، و DPSSL است. اعضا شامل MIT هستند. دانشگاه کالیفرنیا، برکلی؛ دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس؛ دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو؛ دانشگاه اوکلاهما؛ دانشگاه روچستر؛ تگزاس A&M; موسسه فناوری لیزر فراونهوفر بنیاد آزمایشگاه لیورمور؛ آزمایشگاه ملی اوک ریج; آزمایشگاه ملی رودخانه ساوانا; Focused Energy Inc. اتمی عمومی; Leonardo Electronics US; Longview Fusion Energy Systems Inc. TRUMPF; و Xcimer Energy Corp.

این تیم به آزمایشگاه‌های لیزر در SLAC دسترسی دارد، بنابراین آنها فرصتی دارند تا از منبع نور منسجم Linac (LCLS)، تنها لیزر الکترونی بدون اشعه ایکس (XFEL) در ایالات متحده برای کاوش و بازجویی مواد کپسول یا سوخت همجوشی استفاده کنند. این فرکانس 120 هرتز کار می کند، اما به زودی در مگاهرتز کار می کند.

گلیسون می‌گوید: "ما در آزمایش‌های خود در SLAC به طور همزمان از دو لیزر استفاده می‌کنیم. یک لیزر پالس بلند- امواج ضربه‌ای را به نمونه وارد می‌کند و سپس آن را با LCLS بررسی می‌کنیم تا ببینیم در کوچک‌ترین مقیاس‌های طولی و زمانی چه اتفاقی می‌افتد تا مدل‌های فیزیک خود را بهبود بخشیم." ما باید سیب ها را با سیب مقایسه کنیم تا بررسی کنیم که آیا مدل فیزیک ما درست است یا خیر. این نه تنها آنچه را که آزمایشگاه های ملی نیاز دارند، نشان می دهد، بلکه به شرکت های خصوصی راهی می دهد تا پیش بینی کنند که آیا بخشی از مفهوم آنها کار می کند یا نه (به عنوان مثال، چگونه تعامل هدف خود را شبیه سازی می کنند).

مرکز دیگر، RISE، توسط SLAC و دانشگاه ایالتی کلرادو هدایت می‌شود و کارشناسانی از دانشگاه کرنل، دانشگاه ایلینوی، تگزاس A&M، آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، آزمایشگاه تحقیقات دریایی و شرکت‌های خصوصی -Xcimer Energy Corp.، Blue Laser Fusion، Marvel Fusion، و General Atomics} در رویکردهای مختلف laser{2} را درگیر می‌کند.

گلنزر می گوید: «همه یک رویکرد معتبر دارند. "اما اینطور نیست که یک شرکت سعی کند همه چیز را محقق کند-این یک جامعه و یک مرکز همجوشی در سراسر کشور است. محققان در تلاش برای پیشرفت فناوری‌ها هستند و ما از یکدیگر یاد می‌گیریم تا شکاف‌های تحقیقاتی و فناوری را تا دهه 2030 ببندیم."

گلنزر اغلب توسط سرمایه گذاران سوال می شود که از کدام شرکت فیوژن حمایت کند. او می‌گوید: «بعضی از شرکت‌های لیزر می‌توانند با تحویل لیزر برای سرنگونی پهپادها در فضای دفاعی، خیلی زودتر درآمد کسب کنند. "اما سرمایه گذاران واقعاً از این ایده خوششان نمی آید زیرا آنها بازاری را می خواهند که فقط در خدمت همجوشی و الکتریسیته باشد. آنها در واقع می خواهند این شرکت ها فیوژن بسازند تا بتوانند برق را بفروشند. واقعاً جالب است که آنها چقدر روی ایجاد همجوشی تمرکز دارند."

گلیسون می‌گوید: جامعه همجوشی "از الزامات زنجیره تامین برای شرکت‌های همجوشی آگاه است تا منابعی را داشته باشند تا نه تنها برنامه‌های آزمایشی آزمایشی خود را ایجاد کنند، بلکه ناوگانی از راکتورهای بلندمدت- داشته باشند." "این یک رویکرد چند جانبه از نظر این است که ما می توانیم مواد خام و سپس قطعات تولیدی در سراسر ایالات متحده را برای راه اندازی یک زنجیره تامین داخلی تامین کنیم. این کلیدی است."

دهه 2030 یا 2040 برای یک کارخانه آزمایشی همجوشی؟

مشارکت‌های دولتی{0}}خصوصی و بودجه برای نزدیک شدن به قرار دادن همجوشی مبتنی بر لیزر{1}}در شبکه در طول دهه 2030 بسیار مهم است.

گلیسون می گوید: "نقش ما در درجه اول حمایت و تمسخر فناوری حیاتی است که صنعت فیوژن/شرکت های خصوصی به آن نیاز دارند." اما برخی از شرکت ها می گویند که انتظار دارند در طول دهه 2030 باشد.

وزارت انرژی ایالات متحده هدفی را برای دهه 2030 تعیین کرد. گلنزر می‌گوید: «این بدان معناست که ما می‌خواهیم تمام شکاف‌های فناوری و تحقیقات فناوری را ببندیم، برخی تا اواسط دهه 2030، و سپس یک کارخانه آزمایشی بسازیم. این واقعاً به میزان سرمایه گذاری بستگی دارد، اما انتظار یک کارخانه آزمایشی در اواخر دهه 2030 یا اوایل دهه 2040 واقع بینانه است.