Sa Loob ng Pasilidad ng Nuclear Fusion na Nagbago sa Mundo

(SeaPRwire) –   Sandali lamang pagkatapos ng 1 a.m. ng umaga ng Disyembre 5, 2022, tinawagan si Dave Schlossberg, isang eksperimental na physicist sa (NIF), dahil may isang eksperimento na gagamitin ang malakas na lasers ng pasilidad na ito ang nakatakdang magsimula sa gabi na iyon. Nang makatulog siya ilang oras na nakalipas, sinabi niya kay Alex Zylstra, isa sa mga physicist sa kaniyang team, na tawagan siya “kung may mangyaring interesante.” Ngayon, nakikita ni Zylstra ang datos na walang katulad sa anumang rekord ng pasilidad bago. Tila nagpapakita ito na nakamit na ng mga siyentipiko ang isang mahalagang hakbang sa isang dekadang pagsisikap na muling gawin ang pinagkukunan ng enerhiya na nagpapakarga sa araw. Kinuha ni Schlossberg ang tawag. “Nararamdaman kong may nangyaring interesante,” sabi ni Zylstra.

Sa loob ng mahigit 13 taon, nangarap at nabigo ang mga mananaliksik sa pasilidad na ito sa Livermore, Calif. upang makamit ang fusion ignition, na nangangahulugang lumabas ang reaksyon ng higit na enerhiya kaysa sa ipinasok ng mga siyentipiko. Akala ng ilang obserbador, hindi ito kailanman magtatagumpay. Ngunit doon, sa eksperimental na database ng pasilidad ay ang ebidensya. Noong 1:03:50 ng umaga, ang 192 malakas na lasers ng NIF ay naglagay ng 2.05 megajoules (MJ) ng enerhiya sa maliit na ginto cylinder, na naging malakas na X-rays na nakapalibot sa isang maliit na diyamanteng kapsula na naglalaman ng dalawang hydrogen isotopes, deuterium at tritium. Sa pinakamababang panahon, ang loob ng kapsula ay naging 100 beses na mas makapal kaysa sa lead, na pumipilit sa mga atomo ng hydrogen upang mag-fuse sa helium at magpalit ng kaunting masa sa napakalaking halaga ng enerhiya. Mga 70 trillionths ng segundo pagkatapos, sumabog ang kapsula at naglabas ng 3.15 MJ ng enerhiya, katumbas ng mga tatlong stick ng dinamita.

Ang resulta ay isang agham na kathang-isip, isang gawa na inaasahan ng mga mananaliksik na makalikha sa laboratoryo mula noong unang pinag-usapan ng mga siyentipiko ang ideya ng paggamit ng kontroladong nuclear fusion upang lumikha ng kuryente noong dekada 1950. Ang ideyang iyon—na muling gawin ang reaksyon na nagpapakarga sa mga bituin sa pamamagitan ng pagbabangga ng mga atomo ng hydrogen upang bumuo ng helium—maaaring magbigay ng halos walang hangganang kuryenteng walang emission na walang mga panganib sa kaligtasan o problema sa pagtatapon ng basura ng mga reaktor ng nuclear fission. Sa kasanayan, gayunpaman, patunayin ang gayong proseso sa laboratoryo ay nakaligtaan ng mga siyentipiko at inhinyero sa loob ng dekada.

Mula noong binuksan ito noong 2009, sinubukan ng NIF ang isang paraan sa hamon: pagsakluban ang mga atomong iyon sa pamamagitan ng pagpapatama ng malakas na lasers upang abutin ang ignition, na ipinahihiwatig sa pangalan ng pasilidad, isang mahalagang hakbang kung sakaling magamit ang teknolohiya bilang pinagkukunan ng malinis na enerhiya. Ngayon, isang dekada at kalahating pagkatapos, muling nabuhay ang pag-asa na maaaring makamit ang pangarap sa isang araw.

Ngunit hindi pa malapit ang mga mananaliksik sa paggamit ng anumang enerhiya na nilikha sa kanilang pasilidad upang makapagbigay ng kuryente sa maraming bagay. Hindi power plant ang NIF, at ang kuryenteng ginagamit ng malalakas nitong lasers mula sa grid (daan-daang beses higit kaysa sa nagagawang iluwal sa target chamber) ay lumalagpas sa anumang pag-asa nitong makapagbigay. Ngunit nakamit nito ang mahalagang pagtatagumpay noong Disyembre na iyon. Habang kumakalat ang balita, lumaganap ang fusion fever sa buong mundo; pinuri ni U.S. Energy Secretary Jennifer Granholm ang resulta bilang “isang bagong kabanata ng siglo 21.” Nabighani ang mga entrepreneur ng fusion energy sa muling pag-asa para sa kanilang larangan.

Ngunit kahit sa gitna ng pagdiriwang, lumakas ang presyon sa NIF upang mabilis na muling gawin ang mga resulta upang patunayan na hindi aksidente ang makasaysayang eksperimento, at pagkatapos ay itulak pa para sa mas mataas na paglikha ng enerhiya sa fusion. Sinundan ng TIME ang mga siyentipiko ng NIF sa nakaraang taon sa pagtatapos ng ignition—isang pagsubok ng kahirapan at pagkamangha, pagkabigo at pagkahumaling, isang patotoo sa katalinuhan at determinasyon ng mga mananaliksik, at ang natatanging papel ng mga gobyernong pinopondohan na institusyon sa pagtulak ng mahihirap na agham na pagtatangka. Ito ay isang paalala rin sa napakalaking hamon na nananatiling: ang pagpapalit ng kamakailang pagtatagumpay sa isang malinis na pinagkukunan ng enerhiya na maaaring tumulong sa pagbaliktad ng pagkasira ng tao sa kalikasan habang may oras pa.

Madalas ginigising ni Annie Kritcher sa gitna ng gabi ng mga bagong ideya para ilagay sa kanyang mga simulation. “Maaaring iilarawan ng asawa ko bilang obsesibo,” sabi ni Kritcher. “Minsan nang nakikipaglaro ako sa aking mga anak, at saka ko naisip na hindi talaga ako nakikipaglaro sa kanila. Sabi nila ‘Nanay, nakatayo ka lang diyan.’ May buong usapan ako sa isip ko tungkol sa mga simulation.”

Bilang isang design physicist, ang kanyang trabaho ay gamitin ang computer models upang hulaan ang mga pagbabago sa wavelength at kapangyarihan ng pulse ng lasers, pag-ayos sa fuel capsule at paligid na ginto hohlraum, at libu-libong iba pang potensyal na pagbabago na maaaring pilitin ang mga atomo ng hydrogen upang mag-fuse nang tama upang lumikha ng isang fusion reaction.

Disenyado ni Kritcher ang isang eksperimento ng NIF noong Agosto 2021 na lumikha ng rekord na 1.3MJ ng enerhiya sa pamamagitan ng 1.9 MJ ng ipinasok na enerhiya ng lasers—isang tagumpay dahil sa mga pag-ayos kabilang ang paglipat ng higit pang enerhiya ng input sa huling bahagi ng shot ng lasers. Nilapit ng resulta ang mga siyentipiko ng NIF sa threshold ng ignition. Pagkatapos, sinimulan ng pasilidad ang paghahanda para sa mga eksperimento na hahantong sa mas mataas na antas ng enerhiya ng lasers. Dinisenyo itong maglabas ng 1.8MJ, at nakapaglabas na ang mga tekniko ng 1.9MJ. Ngayon, sa pamamagitan ng pagdaragdag ng higit pang mga espesyal na glass panel na ginagamit sa NIF upang palakasin ang enerhiya ng mga lasers, naniniwala sila na maaaring itaas ito sa 2.05MJ. Maaaring mukhang kaunting pagkakaiba lamang. Ngunit habang tumataas ang enerhiya ng input sa isang eksperimento sa fusion, tumataas din nang eksponensiyal ang enerhiya ng output. Ang karagdagang 0.15MJ ng enerhiya ng lasers, akala ng mga mananaliksik, maaaring sapat upang malampasan ang hadlang sa ignition.

Iminungkahi ni Kritcher ang isang plano upang gamitin ang karagdagang enerhiya ng lasers, pangunahin sa pamamagitan ng pagtaas ng kapal ng target capsule. Nabigo ang eksperimento noong Setyembre—ang fuel ay naimplode sa anyo ng pancake, na may lamang 1.19 MJ ng enerhiya yield. Gayong mga “breakfast food” errors ay bahagi ng buhay sa NIF: ideally, ii-compress ng lasers ang fusion fuel sa anyo ng isang uniform na bilog, na naglalapat ng pinakamataas na presyon upang pilitin ang mga atomo ng hydrogen na mag-fuse, ngunit minsan ay nagreresulta sa mga implosions sa anyo ng pancakes, longganisa, at bear claws, na nagreresulta sa mas mababang enerhiya. Ginawa ng team ang ilang pag-ayos sa mga lasers, kabilang ang pag-ayos ng kanilang mga wavelength. Pagkatapos, noong maagang umaga ng Disyembre 5, 2022, nagbigay sila ng isa pang pagsubok—at nagtagumpay ito.

Sinabi ni Kritcher na umiyak siya nang malaman ang balita. “Nasa isang frozen na ecstatic state ako. May perma-smile ako ng isang linggo.”

Mahabang, matigas na daan ang tinahak upang makamit ang ganitong resulta; noong 2013 ay isang tagumpay na makuha ang 14 kilojoules mula sa isang reaksyon, mas mababa sa 0.5% ng enerhiyang iniluwal noong Disyembre nakaraan. “Lahat ay kaunti nang surreal,” sabi ni Art Pak, isa sa mga siyentipiko sa proyekto, “na narealize mo na ang isang bagay na pinaghirapan mo sa loob ng dekada, isang bagay na pinaghirapan ng iba sa loob ng 60 taon, ay narito na.”

Ngunit hindi tungkol sa agad na pagtatagumpay lamang ang agham. Upang ipakita na lubos kang nauunawaan ang isang phenomenon, kailangan mong makapag-ulit muli nito. Ngunit ang mga sumunod na pagsubok upang makamit ang ignition ay patuloy na nabigo. Isang kahirapan na hinaharap ng NIF ay ang pagpunan ng mga maliliit na diyamanteng target capsule ng deuterium at tritium atom, na nangangailangan ng paggamit ng isang tubo na hindi hihigit sa isang daang bahagi ng lapad ng buhok ng tao. Kung makalikas ang mga isotope ng hydrogen papunta sa target chamber, maaaring hindi magtagumpay ang eksperimento.