국립 점화 시설의 레이저

작년의 기록적인 핵융합 에너지 발사 재현에 실패한 후 미국 국립 점화 시설의 과학자들은 다시 초기 단계로 돌아갔습니다.에드윈 카트리지다음 단계에 대해 논의합니다.

지난해 8월 8일, 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소의 물리학자들은 세계 최대의 레이저를 사용하여 기록적인 실험을 수행했습니다. 35억 달러 규모의 국립 점화 시설(NIF)의 192개 빔을 사용하여 중수소와 삼중수소를 함유한 후추 열매 크기의 캡슐을 파열시켰고, 두 개의 수소 동위원소가 융합되어 몇 분의 1초 동안 자립적인 핵융합 반응이 발생했습니다. 이 발견은 레이저에 전력을 공급하는 데 사용되는 에너지의 70% 이상을 방출하는 과정에서 거대 레이저가 안전하고 깨끗하며 본질적으로 무한한 에너지의 새로운 원천을 가능하게 할 수 있음을 시사했습니다.

그 결과, 리버모어 연구소의 연구원들은 10년 넘게 상당한 진전을 이루기 위해 분투해 왔으며, 이를 축하하는 분위기로 만들었습니다. 그러나 성과를 재현하려는 몇 번의 후속 시도가 기껏해야 기록적인 출력의 절반에 불과한 수준에 미치지 못하자 초기의 흥분은 곧 사라졌습니다. 리버모어 경영진은 소수의 반복 실험만 시도하기로 결정하고, 연구실에서는 손익분기점을 찾는 작업을 보류하고 대신 출력 변동의 원인이 무엇인지 알아내려고 노력했습니다.

NIF를 비판하는 사람들에게 최근 경로 수정은 놀라운 일이 아니었으며, 이는 강력한 핵융합 에너지 생산을 위한 테스트 베드로서 시설이 부적합함을 다시 한 번 보여주는 것 같습니다. 그러나 많은 과학자들은 여전히 ​​낙관적이며 NIF 연구원들은 최근 Physical Review Letters(129 075001)에 기록적인 샷의 결과를 발표하면서 싸우고 있습니다. 그들은 결국 핵융합 반응으로 인한 가열이 냉각보다 더 큰 지점에 도달하여 플라즈마 온도를 빠르게 높이는 긍정적인 피드백 루프를 생성하는 "점화"를 달성했다고 주장합니다.

리버모어 핵융합 프로그램의 수석 과학자인 오마르 허리케인(Omar Hurricane)은 단순한 "에너지 손익분기점" 설명이 아니라 물리학에 기반한 점화 정의가 실제로 중요하다고 주장합니다. 그럼에도 불구하고 그는 손익분기점 달성을 "다음 홍보 행사"로 설명하면서도 자신과 동료들이 도달하고 싶은 중요한 이정표로 남아 있다고 말합니다. 실제로 리버모어 연구소 외부의 물리학자들은 많이 논의된 목표가 달성될 것이라고 확신합니다. 영국 임페리얼 칼리지의 스티븐 로즈(Steven Rose)는 "모든 전망이 있다"는 손익분기점이 달성될 것이라고 믿습니다.

융합을 활용하려는 시도에는 가벼운 핵의 플라즈마를 해당 핵이 상호 반발력을 극복하고 결합하여 더 무거운 원소를 형성하는 지점까지 가열하는 것이 포함됩니다. 이 과정에서는 중수소와 삼중수소, 헬륨 핵(알파 입자) 및 중성자의 경우 새로운 입자뿐만 아니라 엄청난 양의 에너지도 생성됩니다. 플라즈마가 충분히 오랫동안 적절한 온도와 압력에서 유지될 수 있다면 알파 입자는 자체적으로 반응을 유지하기에 충분한 열을 제공해야 하며 중성자는 잠재적으로 차단되어 증기 터빈에 전력을 공급할 수 있습니다.

융합 토카막은 자기장을 사용하여 상당히 오랜 기간 동안 플라즈마를 가두어 둡니다. 대신에 "관성 제한" 장치인 NIF는 재팽창되기 전에 소량의 고압축 핵융합 연료 내부에서 한순간 동안 생성되는 극한 조건을 이용합니다. 연료는 약 1cm 길이의 원통형 금속 "홀라움(hohlraum)" 중앙에 위치한 2mm 직경의 구형 캡슐 내부에 배치되며 NIF의 정밀하게 지향된 레이저 빔이 홀라움 내부를 타격하여 엄청난 양의 연료를 생성하면 파열됩니다. 엑스레이.

토카막과 달리 NIF는 주로 에너지를 시연하기 위해 설계되지 않았지만 미국이 1992년에 실제 테스트를 중단했다는 점을 고려하면 핵무기 폭발을 시뮬레이션하는 데 사용되는 컴퓨터 프로그램에 대한 점검 역할을 합니다. 그러나 2009년에 스위치를 켠 후 곧 자체 운영을 안내하는 데 사용된 프로그램이 특히 플라즈마 불안정성을 처리하고 적절하게 대칭적인 파열을 생성할 때 관련된 어려움을 과소평가했다는 것이 분명해졌습니다. NIF가 2012년까지 점화를 달성하겠다는 초기 목표를 달성하지 못하자, 연구실을 감독하는 미국 국립 핵안보국(National Nuclear Security Administration)은 그 목표를 제쳐두고 폭발 역학을 더 잘 이해하는 시간 소모적인 작업에 집중했습니다.