Forskarna vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har uppnått sammansmältning tändning och energi gå jämt upp. Den 5th I december 2022 genomförde forskargruppen ett kontrollerat fusionsexperiment med laser när 192 laserstrålar levererade mer än 2 miljoner joule UV-energi till en liten bränslepellet i den kryogena målkammaren och uppnådde energi break-even, vilket innebär att fusionsexperimentet producerade mer energi än tillhandahålls av lasern för att driva den. Detta genombrott uppnåddes för första gången i historien efter årtionden av hårt arbete. Detta är en milstolpe inom vetenskapen och har betydande konsekvenser för utsikterna till ren fusionsenergi i framtiden mot en koldioxidfri ekonomi, för att bekämpa klimatförändringar och för att upprätthålla kärnkraftsavskräckning utan att tillgripa kärnvapenprov mot nationellt försvar. Tidigare, den 8thAugusti 2021 hade forskargruppen nått tröskeln för fusionsantändning. Experimentet hade producerat mer energi än något annat tidigare fusionsexperiment men energi break-even uppnåddes inte. Det senaste experimentet genomfördes den 5th December 2022 har åstadkommit bedriften med energi break-even, vilket ger bevis på att kontrollerad kärnfusion kan utnyttjas för att möta energibehov, men praktisk kommersiell tillämpning av fusionsenergi kan fortfarande vara mycket avlägsen.
Nuclear reaktioner ger stora mängder energi motsvarande mängden förlorad massa, enligt mass-energisymmetriekvationen E=MC2 av Einstein. Klyvningsreaktioner som involverar nedbrytning av kärnor i kärnbränsle (radioaktiva grundämnen såsom uran-235) används för närvarande i kärnreaktorerna för att generera kraft. Kärnklyvningsbaserade reaktorer löper dock stora risker för människor och miljö, vilket är uppenbart i fallet Tjernobyl, och är ökända för att generera farligt radioaktivt avfall med mycket långa halveringstider som är extremt svåra att bortskaffa.
I naturen, stjärnor som vår sol, kärnfusion involverar sammanslagning av mindre kärnor av väte är mekanismen för energigenerering. Kärnfusion kräver, till skillnad från kärnklyvning, extremt hög temperatur och högt tryck för att kärnorna ska kunna smälta samman. Detta krav på extremt höga temperaturer och tryck uppfylls i solens kärna där fusion av vätekärnor är nyckelmekanismen för energigenerering men att återskapa dessa extrema förhållanden på jorden har hittills inte varit möjligt i ett kontrollerat laboratorietillstånd och som ett resultat av detta, kärnfusionsreaktorer är ännu inte verklighet. (Okontrollerad termonukleär fusion vid extrem temperatur och tryck som skapas genom utlösning av fissionsanordning är principen bakom vätevapnet).
Det var Arthur Eddington som först föreslog, redan 1926, att stjärnor hämtar sin energi från fusionen av väte till helium. Den första direkta demonstrationen av kärnfusion var i laboratoriet 1934 när Rutherford visade fusionen av deuterium till helium och observerade "en enorm effekt producerades" under processen. Med tanke på dess enorma potential att tillhandahålla obegränsad ren energi, har det gjorts samlade ansträngningar från forskare och ingenjörer över hela världen för att replikera kärnfusion på jorden, men det har varit en uppförsbacke.
Vid extrema temperaturer separeras elektroner från kärnorna och atomer blir till joniserad gas som består av positiva kärnor och negativa elektroner, det vi kallar plasma, som är en miljondel gånger mindre tät än luften. Detta gör sammansmältning miljön mycket svag. För att kärnfusion ska kunna äga rum i en sådan miljö (som skulle kunna ge avsevärd mängd energi) måste tre villkor vara uppfyllda; det bör vara mycket hög temperatur (som kan framkalla högenergikollisioner), det bör finnas tillräcklig plasmadensitet (för att öka sannolikheten för kollisioner) och plasman (som har en benägenhet att expandera) bör vara begränsad under en tillräcklig tid för att möjliggöra fusion. Detta gör utveckling av infrastruktur och teknik för att innehålla och kontrollera het plasma till nyckelfokus. Starka magnetfält skulle kunna användas för att hantera plasma som i fallet med Tokamak från ITER. Tröghetsinneslutning av plasma är ett annat tillvägagångssätt där kapslar fyllda med tunga väteisotoper imploderas med hjälp av högenergilaserstrålar.
Fusion studies conducted at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
Fusionsforskaren har i flera decennier försökt uppnå "fusionsantändning"; en självuppehållande fusionsreaktion. Den 8th Augusti 2021 kom Lawrence Laboratory-teamet vid tröskeln till "fusionständning" som de uppnådde den 5th December 2022. Den här dagen blev kontrollerad fusionständning på jorden verklighet – en milstolpe inom vetenskapen uppnådd!
***
