Am 75 mlynedd, mae wedi bod yn freuddwyd i atgynhyrchu ymasiad tebyg i solar ar y Ddaear. Mae timau o wyddonwyr a pheirianwyr ledled y byd wedi gwario degau o biliynau o ddoleri ar wahanol ddulliau ymasiad, ond maent wedi cael trafferth hir i gyrraedd y garreg filltir "cynnydd ynni net".
Hyd at flwyddyn yn ôl, fodd bynnag, newidiodd hynny i gyd.
Ar 5 Rhagfyr, 2022, yn y Cyfleuster Tanio Cenedlaethol (NIF) yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore (LLNL), taniodd laser mwyaf ac ynni uchaf y byd 192 o drawstiau laser a'u pwyntio at darged maint corn pupur, gan greu "haul" bach. " ar y ddaear. Ar ôl tanio 2.05 megajoule o ynni laser at y targed, cynhyrchodd yr arbrawf fwy o egni ymasiad nag y mae'n ei gymryd i danio tanwydd ymasiad trwy gynhyrchu 3.15 megajoule o allbwn ynni - datblygiad gwyddonol mawr mewn degawdau.
Torri'r Terfyn Ynni Laser Eto
Yn ffodus, gosododd y Cyfleuster Tanio Cenedlaethol (NIF) yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore (LLNL) yn yr Unol Daleithiau record newydd arall ar gyfer ynni laser yn ddiweddar - gan allyrru 2.2 megajoules (MJ) am y tro cyntaf ar darged tanio.
Cynhyrchodd yr arbrawf a adroddwyd yn ddiweddar, a gynhaliwyd ar Hydref 30, 3.4 MJ o egni ymasiad, llwyddodd i danio, a chynhyrchodd y cynnyrch niwtron ail uchaf erioed yn NIF.
Dywedodd Gordon Brunton, cyfarwyddwr y Cyfleuster Tanio Cenedlaethol (NIF), "Mae'r lefel uchaf erioed o ynni laser yn gyflawniad anhygoel a gymerodd flynyddoedd o waith caled i'w gyflawni. Ac mae'n nodi ein pedwerydd arddangosiad llwyddiannus o danio ymasiad yn NIF. yn hanfodol i genhadaeth y Labordy, gyda galluoedd newydd a all gefnogi Rhaglen Stiwardiaeth Pentwr Stoc y Weinyddiaeth Diogelwch Niwclear Genedlaethol a gobeithio dod â ni yn nes at ddyfodol ynni ymasiad."
Ar 5 Rhagfyr, 2022, cyflawnodd LLNL danio ymasiad am y tro cyntaf. Yr ail dro oedd ar Orffennaf 30, 2023, pan ddanfonodd y laser NIF 2.05 megajoule o egni i'r targed mewn arbrawf ymasiad rheoledig, gan gynhyrchu allbwn ynni ymasiad o 3.88 megajoule, y cynnydd ynni uchaf a gyflawnwyd hyd yma. Llwyddodd laser NIF i danio ymasiad ar 8 Hydref, 2023, gydag egni laser o 1.9 MJ ac allbwn ynni ymasiad o 2.4 MJ.
Datblygiadau allweddol mewn ymasiad niwclear
"Rydym ar gromlin twf perfformiad serth," meddai Jean-Michel Di Nicola, cyfarwyddwr prosiect ar y cyd y Sefydliad Peirianneg Systemau a Gwyddoniaeth Laser NIF a Photon Science, "Mae cynyddu'r ynni laser yn rhoi mwy o ryddid i ni fynd i'r afael â materion fel tanwydd. diffygion capsiwl neu anghymesureddau mannau poeth tanwydd. Mae egni laser uwch yn helpu i gyflawni ffrwydradau mwy sefydlog, sydd yn ei dro yn arwain at gynnyrch ynni uwch."
Nid oes amheuaeth am allu'r laser i ddarparu cymaint o egni â hyn. A'r her yw amddiffyn opteg werthfawr NIF rhag difrod malurion, meddai Bruno Van Wonterghem, rheolwr gweithrediadau yn NIF: "Mae'r laser ei hun yn gallu cynhyrchu egni uwch heb wneud newidiadau sylfaenol i'r laser. Rydym yn gwneud hyn i gyd i reoli difrod i'r eithaf. Wedi'r cyfan, os oes gormod o egni heb amddiffyniad priodol, gall eich opteg gael ei chwythu i ddarnau."
Mae NIF yn rheoli'r unig system laser yn y byd sy'n gweithredu uwchlaw'r trothwy difrod, camp a wnaed yn bosibl yn rhannol gan yr hyn a elwir yn Dolen Ailgylchu Optegol.
Laserau cryfach, perfformiad gwell
Roedd dau fesur lliniaru mawr, a gwblhawyd ym mis Mehefin 2023, yn hanfodol i gyflenwi 2.2 MJ o ynni laser i'r targed - defnyddio cysgodi malurion silica ymdoddedig ar ddwy ran o dair o drawstiau'r NIF a gosod cysgodi metel ar 32 o drawstiau hemisffer is. , sydd, yn dibynnu ar y beamline, wedi lleihau cyfradd y difrod a achosir gan falurion gan ffactor o leihau gan ffactor o 10-100. Yr opteg beamline is hyn sy'n derbyn y mwyaf o falurion o'r siambr darged oherwydd disgyrchiant.
Mae gwelliannau eraill yn cynnwys haenau gwrth-adlewyrchol newydd, triniaeth anwedd hexamethyldiazepane (HMDS), a chynhwysedd cynyddol y ddolen adfer optegol. Mae asiant lliniaru newydd - rhwystrwr ymyl llwyd - yn datrys problem nad oedd gwyddonwyr wedi'i nodi eto.
"Mae yna is-set o drawstiau nad ydyn nhw'n perfformio cystal ag eraill," meddai Di Nicola, "a gwelsom, os ydym yn lleihau'r dwysedd ynni laser yn sylweddol trwy daflu cysgod ar un ymyl y trawst, mae'r llinellau trawstiau hynny'n perfformio'n well. Nid ydym yn siŵr eto beth yw gwraidd y broblem, ond byddwn yn ymchwilio i hyn yn y dyfodol."
Daeth datrys y dirgelwch yn naturiol i'r gwyddonwyr a'r peirianwyr sy'n gweithio ar system laser mwyaf egnïol y byd, yr NIF, a dywedodd Prif Gynrychiolydd OMST Tayyab Suratwala, "Rydym wedi craffu ar y difrod laser ac wedi nodi bod y mesurau lliniaru wedi'u modelu a'u profi. Fodd bynnag, mae pob un yn amser i ni gynyddu'r ynni laser, rydyn ni'n mynd i mewn i diriogaeth ddigynsail ac yn datgelu mecanweithiau difrod newydd."
Nid yw mwy o egni yn unig yn ddigon i gynnal record anhygoel y Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth o ddatblygiadau gwyddonol. Di Nicola: "Mae angen i chi swingio'r morthwyl mwy hwnnw gyda rheolaeth a sgil. byddwch yn fanwl gywir i gael pethau'n iawn."
I'r perwyl hwnnw, yn ddiweddar cwblhaodd y tîm ddefnydd o'r system Siapio Curiad Uchel Fidelity (HiFiPS), sy'n galluogi siapio pwls mwy manwl gywir a chywir.
Mewn gwelliant arall, adnewyddodd y tîm ffibrau optegol y ddyfais i'w gwneud yn fwy gwydn i amlygiad i niwtronau dro ar ôl tro. Defnyddir y ffibrau hyn i fesur yn gywir y corbys laser a drosglwyddir i'r targed. Cynyddodd yr adnewyddiad gryfder y signal gan ffactor o 10-100, gan ganiatáu i ymchwilwyr barhau i "weld" perfformiad y laser.
Beth yw'r gobeithion ar gyfer y dyfodol?
Ar hyn o bryd, mae'r laser wedi darparu 2.2 megajoule o ynni laser. Aeth y tîm yn ôl i'r cam ymchwil a chynnal yr un broses ar ôl yr arbrawf cyntaf a gynhyrchodd gynnau tanio ymasiad.
Rydym yn edrych ar yr opteg, yn asesu'r difrod, ac yn deall pa mor aml y gallwn ddefnyddio'r gallu newydd hwn," meddai Suratwala. Yn y cyfamser, rydym yn dathlu'r gamp fawr hon. Mae'n ganlyniad blynyddoedd o waith caled gan lawer. tîm o fewn LLNL a llawer o bartneriaid allanol."
