العلماء يحققون اندماجًا نوويًا عفويًا … لكن الآن لا يمكنهم تكراره: تنبيه علمي

في العام الماضي ، أكد العلماء ، لأول مرة في المختبر ، أنهم حققوا تفاعلًا اندماجيًا يحافظ على الذات (بدلاً من الهروب) – مما يقربنا من محاكاة التفاعل الكيميائي الذي يمد الشمس بالطاقة.

ومع ذلك ، لم يعرفوا بالضبط كيفية إعادة إنتاج التجربة.

الاندماج النووي يحدث عندما تتحد ذرتان لتكوين ذرة ثقيلة ، مما يؤدي إلى إطلاق قدر كبير من الطاقة في هذه العملية.

هذه عملية تحدث كثيرًا في الطبيعة ، ولكن من الصعب جدًا تكرارها في المختبر لأن البيئة عالية الطاقة مطلوبة لاستمرار التفاعل.

الشمس يولد الطاقة استخدام الاندماج النووي – تكسير ذرات الهيدروجين معًا لتكوين الهيليوم.

المستعرات الأعظمية – شموس متفجرة – أيضًا الاندماج النووي الأجنبي لعروض الألعاب النارية الكونية. إن قوة هذه التفاعلات هي التي تخلق جزيئات ثقيلة مثل الحديد.

ومع ذلك ، في الأنظمة الاصطناعية على الأرض ، تميل الحرارة والطاقة إلى الهروب من خلال آليات التبريد مثل إشعاع الأشعة السينية والتوصيل الحراري.

لجعل الاندماج النووي مصدر طاقة قابلًا للتطبيق للبشر ، يجب على العلماء أولاً تحقيق شيء يسمى “الاشتعال” ، حيث تتغلب آليات التسخين الذاتي على فقدان الطاقة بالكامل.

بمجرد أن يتحقق الاشتعال ، فإن تفاعل الاندماج يغذي نفسه.

في عام 1955 ، طور الفيزيائي جون لوسون مجموعة من المعايير للمساعدة في تحديد وقت حدوث هذا الاشتعال.

يحدث اشتعال التفاعلات النووية عادة في بيئات شديدة الكثافة مثل المستعرات الأعظمية أو الأسلحة النووية.

أمضى الباحثون في مرفق الإشعال الوطني في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا أكثر من عقد من الزمان في إتقان أسلوبهم. مؤكد الآن أنتجت التجربة التاريخية ، التي أجريت في 8 أغسطس 2021 ، أول اشتعال ناجح لتفاعل الاندماج النووي.

في تحليل حديث ، تم الحكم على اختبار 2021 مقابل تسعة إصدارات مختلفة من مقياس لوسون.

قالت آني كريتسر ، عالمة الفيزياء النووية في منشأة الإشعال الوطنية: “هذه هي المرة الأولى التي نجتاز فيها معيار لوسون في المختبر”. عالم جديد.

لتحقيق هذا التأثير ، وضع الفريق كبسولة من التريتيوم ووقود الديوتيريوم في وسط حجرة اليورانيوم المنضب المبطنة بالذهب وأطلقوا 192 ليزرًا عالي الطاقة عليها لتكوين حمام من الأشعة السينية المكثفة.

أنتجت البيئة القاسية الناتجة عن موجات الصدمة الموجهة داخليًا تفاعل اندماج مستدام ذاتيًا.

في ظل هذه الظروف ، تخضع ذرات الهيدروجين للاندماج ، وتطلق 1.3 ميغا جول من الطاقة لكل 100 تريليون جزء من الثانية ، أو 10 كوادريليون واط من الطاقة.

خلال العام الماضي ، حاول الباحثون تكرار النتيجة أربع تجارب متطابقةلكنها كانت قادرة على إنتاج نصف إنتاجية الطاقة فقط في التجربة الأولية التي حطمت الرقم القياسي.

يوضح كريتسر أن الاشتعال حساس للغاية للتغيرات الصغيرة ، مثل الاختلافات في بنية كل كبسولة وشدة الليزر.

“إذا بدأت من نقطة بداية فقيرة مجهريًا ، فإن ذلك ينعكس في اختلاف كبير جدًا في إنتاجية الطاقة النهائية.” هو يقول جيريمي شيتيندين فيزيائي بلازما في إمبريال كوليدج لندن. “الاختبار الذي أجري في 8 أغسطس كان في ظروف مثالية”.

يريد الفريق الآن تحديد ما هو مطلوب بالضبط لتحقيق الإشعال وكيفية جعل التجربة مرنة في مواجهة الأخطاء الصغيرة. بدون هذه المعرفة ، لا يمكن توسيع نطاق عملية بناء مفاعلات الاندماج التي يمكنها تشغيل المدن ، وهو الهدف النهائي لهذا النوع من البحث.

يقول Chittenden: “لا تريد أن تكون في وضع يتعين عليك فيه الحصول على كل شيء بالشكل الصحيح للحصول على الإشعال”.

تم نشر هذه المقالة خطابات المراجعة المادية.