لقد حقق العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL). انصهار الاشتعال و طاقة التعادل. في 5th في ديسمبر 2022 ، أجرى فريق البحث تجربة اندماج متحكم فيها باستخدام الليزر عندما قدمت 192 حزمة ليزر أكثر من مليوني جول من طاقة الأشعة فوق البنفسجية إلى حبيبة وقود صغيرة في الغرفة المستهدفة المبردة وحققت تعادلاً للطاقة ، مما يعني أن تجربة الاندماج أنتجت طاقة أكثر من التي يوفرها الليزر لقيادتها. تم تحقيق هذا الاختراق لأول مرة في التاريخ بعد عقود من العمل الشاق. هذه علامة بارزة في العلوم ولها آثار كبيرة على آفاق الطاقة الاندماجية النظيفة في المستقبل نحو اقتصاد خالٍ من الكربون ، ولمكافحة تغير المناخ وللحفاظ على الردع النووي دون اللجوء إلى التجارب النووية نحو الدفاع الوطني. في وقت سابق يوم 2thفي أغسطس 2021 ، وصل فريق البحث إلى عتبة الاشتعال الاندماجي. أنتجت التجربة طاقة أكثر من أي تجربة اندماج سابقة أخرى ولكن لم يتم تحقيق التعادل في الطاقة. أجريت آخر تجربة في 5th حقق كانون الأول (ديسمبر) 2022 إنجازًا فذًا لكسر الطاقة ، وبالتالي توفير دليل على المفهوم الذي يمكن استغلال الاندماج النووي المتحكم فيه لتلبية احتياجات الطاقة ، على الرغم من قد لا يزال التطبيق العملي لطاقة الاندماج التجاري بعيدًا جدًا.
نووي تنتج التفاعلات كميات كبيرة من الطاقة تعادل مقدار الكتلة المفقودة ، وفقًا لمعادلة تناظر الكتلة والطاقة E = MC2 أينشتاين. التفاعلات الانشطارية التي تنطوي على انهيار نوى الوقود النووي (العناصر المشعة مثل اليورانيوم 235) تستخدم حاليًا في المفاعلات النووية لتوليد الطاقة. ومع ذلك ، فإن المفاعلات القائمة على الانشطار النووي تنطوي على مخاطر بشرية وبيئية عالية كما هو واضح في حالة تشيرنوبيل ، وتشتهر بتوليد نفايات مشعة خطيرة ذات فترات نصف عمر طويلة جدًا يصعب التخلص منها.
في الطبيعة ، النجوم مثل شمسنا ، الانصهار النووي ينطوي دمج نوى الهيدروجين الأصغر على آلية توليد الطاقة. يتطلب الاندماج النووي ، على عكس الانشطار النووي ، درجة حرارة عالية للغاية وضغطًا لتمكين النوى من الاندماج. يتم تلبية هذا المطلب من درجة الحرارة والضغط المرتفعين للغاية في قلب الشمس حيث يكون اندماج نوى الهيدروجين هو الآلية الرئيسية لتوليد الطاقة ولكن إعادة إنشاء هذه الظروف القاسية على الأرض لم يكن ممكنًا حتى الآن في ظروف المختبر الخاضعة للرقابة ونتيجة لذلك ، مفاعلات الاندماج النووي ليست حقيقة واقعة بعد. (الاندماج النووي الحراري غير المنضبط عند درجة حرارة شديدة وضغط ناتج عن تشغيل جهاز الانشطار هو المبدأ الكامن وراء سلاح الهيدروجين).
كان آرثر إدينجتون هو أول من اقترح ، في عام 1926 ، أن النجوم تستمد طاقتها من اندماج الهيدروجين في الهيليوم. كان أول عرض مباشر للاندماج النووي في المختبر في عام 1934 عندما أظهر رذرفورد اندماج الديوتيريوم في الهيليوم ولاحظ "تم إنتاج تأثير هائل" أثناء العملية. نظرًا لقدرتها الهائلة على توفير طاقة نظيفة غير محدودة ، فقد بذل العلماء والمهندسون جهودًا متضافرة في جميع أنحاء العالم لتكرار الاندماج النووي على الأرض ، لكنها كانت مهمة شاقة.
في درجات الحرارة القصوى ، تنفصل الإلكترونات عن النواة وتصبح الذرات غازًا مؤينًا يتكون من نوى موجبة وإلكترونات سالبة ، وهو ما نسميه البلازما ، وهي أقل كثافة بمليون مرة من الهواء. هذا يجعل انصهار بيئة هشة للغاية. لكي يحدث الاندماج النووي في مثل هذه البيئة (التي يمكن أن تنتج كمية ملحوظة من الطاقة) ، يجب استيفاء ثلاثة شروط ؛ يجب أن تكون هناك درجة حرارة عالية جدًا (يمكن أن تؤدي إلى تصادمات عالية الطاقة) ، ويجب أن تكون هناك كثافة بلازما كافية (لزيادة احتمالية الاصطدامات) ويجب حصر البلازما (التي لديها ميل للتوسع) لمدة كافية من الوقت تمكين الانصهار. هذا يجعل تطوير البنية التحتية والتكنولوجيا لاحتواء البلازما الساخنة والتحكم فيها هو التركيز الرئيسي. يمكن استخدام المجالات المغناطيسية القوية للتعامل مع البلازما كما في حالة Tokamak من ITER. يعد الحبس بالقصور الذاتي للبلازما طريقة أخرى يتم فيها تفجير الكبسولات المملوءة بنظائر الهيدروجين الثقيل باستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة.
دراسات الاندماج التي أجريت في لورانس استخدم مختبر ليفرمور الوطني (LLNL) التابع لـ NIF تقنيات الانفجار الداخلي التي تعتمد على الليزر (اندماج الحبس بالقصور الذاتي). في الأساس، تم تفجير كبسولات بحجم ملليمتر مملوءة بالديوتيريوم والتريتيوم باستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة تولد الأشعة السينية. يتم تسخين الكبسولة وتتحول إلى بلازما. تتسارع البلازما إلى الداخل مما يخلق ظروفًا شديدة الضغط ودرجة الحرارة عندما يندمج الوقود الموجود في الكبسولة (ذرات الديوتيريوم والتريتيوم)، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة والعديد من الجسيمات بما في ذلك جسيمات ألفا. تتفاعل الجسيمات المنبعثة مع البلازما المحيطة وتسخنها بشكل أكبر مما يؤدي إلى المزيد من تفاعلات الاندماج وإطلاق المزيد من "الطاقة والجسيمات" وبالتالي إنشاء سلسلة ذاتية الاستدامة من تفاعلات الاندماج (تسمى "اشتعال الاندماج").
يحاول مجتمع أبحاث الاندماج منذ عدة عقود تحقيق "الاشتعال الاندماجي" ؛ تفاعل الاندماج الذاتي. يوم 8th أغسطس 2021 ، جاء فريق مختبر لورانس على عتبة `` الاشتعال الاندماجي '' الذي حققوه في 5th كانون الأول (ديسمبر) 2022. في هذا اليوم ، أصبح الاشتعال الاندماجي المتحكم فيه على الأرض حقيقة واقعة - تم تحقيق علامة فارقة في العلم!
***
