Beginn der Integration in die Nationale Zündanlage

Im August durchgeführte Experimente ergaben eine Rekordleistung von mehr als 1,3 Megajoule.

Nach jahrzehntelanger Selbstfusionsforschung wurde im Labor während eines Experiments im Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) National Ignition Facility (NIF) am 8. August 2021 erstmals eine Rekordproduktion von 1,3 Megajoule (MJ) an Fusionsreaktionen erreicht. Acht Mal höher als die im Frühjahr 2021 durchgeführten Tests und eine 25-fache Steigerung gegenüber den Renditen des STI 2018 (Abbildung 1).

NIF lenkt, verstärkt, reflektiert und fokussiert 192 leistungsstarke Laserstrahlen in nur wenigen Milliardstel Sekunden auf ein Ziel, das ungefähr die Größe eines Radiergummis hat. NIF erzeugt Zieltemperaturen von über 180 Millionen Grad Fahrenheit und Drücke von über 100 Milliarden in der Erdatmosphäre. Diese extremen Bedingungen führen dazu, dass die Wasserstoffatome des Targets fusionieren und in einer kontrollierten thermonuklearen Reaktion Energie freisetzen.

Abbildung 1. Dieses Bild zeigt die Schmelzeproduktivität (MJ) von 2011 bis heute. Kredit: LLNL

Die LLNL-Physikerin Debbie Callahan wird diesen Erfolg während einer Plenarsitzung im Jahr 63 diskutieren^{Forschung und Entwicklung} Jahrestagung der Abteilung für Plasmaphysik der APS. Obwohl die Medien über diese Errungenschaft viel berichtet haben, bietet dieser Vortrag die erste Gelegenheit, diese Ergebnisse und den weiteren Weg auf der wissenschaftlichen Konferenz anzusprechen.

Die Erzielung eines so hohen Durchsatzes ist seit langem ein Ziel der eigenständigen Fusionsforschung und bringt Forscher an die Schwelle zur Fusionszündung, einem wichtigen Ziel für NIF, den größten und energiereichsten Laser der Welt.

Die Fusionsforschungsgemeinschaft verwendet mehrere technische Definitionen von Zündung, aber die National Academy of Sciences hat 1997 in einer Überprüfung des NIF die Definition von „Gain größer als Eins“ übernommen, was bedeutet, dass das Fusionsprodukt größer ist als die Zündleistung. Laser ist vorhanden. Dieses Experiment erzeugte eine Fusionsübertragungsrate von ungefähr zwei Dritteln der bereitgestellten Laserleistung, was diesem Ziel sehr nahe kommt.

Die Expertise basiert auf den verschiedenen Entwicklungen, die das NIF-Team in den letzten Jahren entwickelt hat, darunter neue Diagnosen; Gezielte Fertigungsverbesserungen an Kapselhülle, Füllrohr und Holrum (ein goldener Zylinder, der die Zielkapsel hält); Die Lasergenauigkeit wurde verbessert und das Design wurde geändert, um die Leistung zusammen mit dem Strahldruck und der Implosion zu erhöhen.

Diese Entwicklungen eröffnen den Zugang zu einem neuen experimentellen Regime mit neuen Forschungsmethoden und der Möglichkeit, Modellierungen zu messen, die zum Verständnis der Zündnähe verwendet werden.

Tagung: 63. Jahrestagung der Abteilung Plasmaphysik