لینک کوتاه مطلب : https://hsgar.com/?p=6258

تاسیسات همجوشی لیزری به تخته نقشه برمی گردد

در داخل محفظه هدف در مرکز احتراق ملی ایالات متحده، دانشمندان 192 پرتو لیزر را بر روی یک کپسول طلایی حاوی دوتریوم و تریتیوم متمرکز کردند تا به همجوشی هسته ای دست یابند.اعتبار: لاورنس لیورمور آزمایشگاه ملی/کتابخانه عکس علمی

نزدیک به یک سال پیش، دانشمندان در بزرگترین مرکز همجوشی لیزری جهان یک دستاورد برجسته را اعلام کردند: این مرکز همه رکوردها را شکست و حتی برای کسری از ثانیه، یک واکنش همجوشی پرانرژی از نوع نیروبخش ستارگان و سلاح‌های هسته‌ای تولید کرد. با این حال، تلاش‌ها برای تکرار آن آزمایش کوتاه مانده است. طبیعت دریافته است که در اوایل سال جاری، محققان در تاسیسات کالیفرنیا جهت خود را تغییر دادند و به تجدید نظر در طراحی آزمایشی خود پرداختند.

چرخش وقایع بحث را در مورد آینده تأسیسات احتراق ملی (NIF)، یک دستگاه 3.5 میلیارد دلاری که در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور قرار دارد و توسط اداره امنیت ملی هسته ای (NNSA)، شعبه ای از ایالات متحده نظارت می شود، تجدید کرد. وزارت انرژی که سلاح های هسته ای را مدیریت می کند. ماموریت اصلی NIF ایجاد واکنش های همجوشی با بازده بالا و اطلاع رسانی در مورد نگهداری انبار تسلیحات ایالات متحده است.

با برخی معیارها، شلیک لیزری رکورددار در 8 آگوست 2021 ثابت کرد که این تاسیسات که هزینه بسیار بیشتری داشته و بسیار کمتر از آنچه در ابتدا وعده داده شده بود، در نهایت ماموریت اصلی خود را انجام داده است. با این حال، تلاش های مکرر در بهترین حالت 50 درصد از انرژی تولید شده در اواخر سال گذشته را به همراه داشت. محققان انتظار نداشتند در حین تکرار آزمایش، حرکت نرمی داشته باشند، زیرا دستگاه عظیم اکنون در اوج «اشتعال» همجوشی کار می کند، جایی که تفاوت های کوچک و سهوی از یک آزمایش به آزمایش دیگر می تواند تأثیرات عظیمی بر خروجی داشته باشد. با این وجود، برای بسیاری، شکست در بازتولید آزمایش آگوست گذشته، ناتوانی محققان را در درک، مهندسی و پیش‌بینی آزمایش‌ها در این انرژی‌ها با دقت نشان می‌دهد.

مسیر اشتعال: نمودار میله‌ای که واکنش‌های همجوشی را نشان می‌دهد که توسط تأسیسات احتراق ملی از سال 2012 به دست آمده است.

منبع: آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور

عمر هورکین، دانشمند ارشد برنامه همجوشی محصور اینرسی لیورمور، از پیشبرد طرح آزمایشی موجود برای بررسی این رژیم انرژی، به جای عقب نشینی برای گروه بندی مجدد حمایت کرده است. او می‌گوید: «این واقعیت که ما این کار را انجام داده‌ایم به نوعی دلیل وجودی است که می‌توانیم آن را انجام دهیم. مشکل ما انجام مکرر و قابل اعتماد آن است. با این حال، او می‌گوید، رهبری برنامه تصمیم گرفت آزمایش‌های تکراری را متوقف کند و بر مراحل بعدی تمرکز کند که می‌تواند NIF را فراتر از آستانه ادغام و وارد یک رژیم کاملاً جدید – و قابل پیش‌بینی‌تر – کند، جایی که بازده به طور قابل‌توجهی بزرگ‌تر از قبل است. آزمایش اوت

برخی از محققان در جامعه مدت‌ها سودمندی NIF را زیر سوال بردند، و برای آنها، کل قسمت دستاوردهای قابل‌توجه این مرکز – و همچنین محدودیت‌های اساسی آن را برجسته می‌کند. استفان بادنر، فیزیکدانی که قبلاً سرپرستی برنامه همجوشی لیزری در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن دی سی را بر عهده داشت، می‌گوید: «من فکر می‌کنم که آنها باید آن را یک موفقیت بنامند و متوقف شوند. Bodner می گوید NIF یک بن بست تکنولوژیکی است و زمان آن فرا رسیده است که برای لیزر نسل بعدی آماده شویم که می تواند دری را برای انرژی همجوشی باز کند.

تعقیب جرقه

NIF در سال 2009 با وعده دستیابی به احتراق همجوشی افتتاح شد، که آکادمی ملی علوم ایالات متحده (NAS) آن را به عنوان آزمایشی تعریف کرده است که انرژی بیشتری نسبت به مصرف انرژی تولید می کند. پس از از دست دادن ضرب الاجل اولیه دستیابی به احتراق در سال 2012، دانشمندان لیورمور یک دهه تلاش برای تنظیم دقیق سیستم را آغاز کردند (به «راه اشتعال» مراجعه کنید). سرانجام، آگوست گذشته، پس از یک سری تنظیمات در جنبه‌های تأسیسات از جمله لیزر و هدف احتراق – یک کپسول طلا که حاوی گلوله‌ای منجمد از ایزوتوپ‌های هیدروژن دوتریوم و تریتیوم بود – آنها لحظه موفقیت خود را داشتند.

در کمتر از 4 میلیاردم ثانیه، 192 پرتو لیزر 1.9 مگاژول انرژی را به هدف رساندند. با فروپاشی کپسول، ایزوتوپ‌های هیدروژن در هسته گلوله شروع به ترکیب شدن به هلیوم کردند و سیلابی از انرژی آزاد کردند و آبشاری از واکنش‌ها را ایجاد کردند که در نهایت بیش از 1.3 مگاژول انرژی آزاد کردند – تقریباً 8 برابر رکورد قبلی و 1000- افزایش برابری در آزمایش های اولیه

اگرچه با تعریف NAS از احتراق مطابقت نداشت، این شلیک منجر به یک واکنش همجوشی با بازده بالا شد که طبق معیارهای مورد استفاده دانشمندان در NIF، به طور ایمن به عنوان اشتعال شناخته شد. Hurricane آن را “لحظه برادران رایت” می نامد، و حتی سرسخت ترین منتقدان NIF، از جمله Bodner، کلاه خود را بر سر گذاشتند.

در ماه سپتامبر، رهبران برنامه همجوشی محصور اینرسی طرحی را برای سه آزمایش طراحی کردند تا مشخص کنند که آیا نتیجه اوت می‌تواند تکرار شود یا خیر. این آزمایش ها در اکتبر آغاز شد و تنها 400 تا 700 کیلوژول انرژی تولید کرد. اگرچه این نتایج هنوز نشان دهنده یک تغییر مرحله ای در عملکرد NIF است، اما به پیشرفت ماه اوت نزدیک نشدند – و از آنچه دانشمندان NIF به عنوان آستانه احتراق توصیف می کنند، فراتر نرفتند.

Hurricane می‌گوید که تجزیه و تحلیل این تیم از این آزمایش‌ها نشان می‌دهد که ناهماهنگی در ساخت هدف و تغییرات اجتناب‌ناپذیر در عملکرد لیزر به دلیل قدمت آن، تفاوت‌های کوچک اما مهمی را در شکل انفجار ایجاد کرده است. او می‌گوید: «ما درک می‌کنیم که چرا عکس‌های تکراری همان‌طور که انجام می‌دادند، اما همچنان در تلاشیم تا مشخص کنیم که دقیقاً چه چیزهایی را در مورد این جنبه‌های مهندسی باید بهتر کنترل کنیم.»

با توجه به این نتایج، Hurricane از آزمایش‌های تکراری اضافی حمایت کرد که می‌توان از آن برای درک بهتر تغییرپذیری شات به شات استفاده کرد. با این حال، رهبران برنامه تصمیم گرفتند ادامه دهند و Hurricane می‌گوید که تیم اکنون به دنبال راه‌هایی برای افزایش بیش از 10 درصدی انرژی لیزر و همچنین اصلاح اهدافی است که می‌توانند از آن انرژی بهینه‌تر استفاده کنند.

مارک هرمان، معاون مدیر فیزیک سلاح های بنیادی لیورمور، می گوید که این آزمایشگاه بازخوردهای زیادی از بیش از 100 دانشمند درگیر در این برنامه دریافت کرد. اما او تاکید می کند که هدف بلندمدت دستیابی به بازدهی است که دو مرتبه بزرگتر از بازدهی است که حتی در اوت گذشته مدیریت شد. او می افزاید: «تا زمانی که ما در حال انجام مطالعه علمی خوب، دقیق و منظم هستیم، این چیزی است که از دیدگاه من مهمتر است».

گزارش انتقادی

ریکاردو بتی، سرپرست مرکز همجوشی لیزری در دانشگاه روچستر در نیویورک و می‌گوید تا حدی، شکست آزمایشگاه در تکرار آزمایش آگوست قابل انتظار بود، زیرا لیزر اکنون در «صخره اشتعال» کار می‌کند. ارزیابی های مستقلی از آزمایشات در NIF ارائه می دهد. او می‌گوید: «اگر در یک طرف صخره باشید، می‌توانید خروجی همجوشی زیادی دریافت کنید، و اگر در طرف دیگر صخره باشید، مقدار بسیار کمی دریافت خواهید کرد. او می‌گوید که آزمایشگاه هنوز دقت آزمایشی برای پیش‌بینی اینکه یک آزمایش مشخص در کدام سمت فرود خواهد آمد را ندارد.

پرسش‌هایی درباره علوم بنیادی و ظرفیت پیش‌بینی در مرکز بررسی طبقه‌بندی شده مشارکت‌های علمی NIF در برنامه تسلیحات هسته‌ای ایالات متحده بود که سال گذشته توسط JASON، یک پانل علمی مستقل که به دولت ایالات متحده مشاوره می‌دهد، به NNSA ارائه شد. در یک خلاصه اجرایی طبقه بندی نشده از گزارش، به دست آمده توسط طبیعت بر اساس قانون آزادی اطلاعات ایالات متحده، این پانل توانایی های NIF را تایید کرد، اما اظهار داشت که بعید است این تاسیسات در چند سال آینده به “اشتعال قابل پیش بینی و تکرارپذیر” دست یابد.

این گزارش چهار ماه قبل از تیراندازی در ماه اوت تکمیل و در اختیار NNSA قرار گرفت، و Hurricane و دیگران استدلال کرده‌اند که این گزارش به موقع و بسیار بدبینانه بوده است.

اعضای میزگرد JASON در گزارش خود از بازنگری اساسی در این برنامه حمایت کردند و این بحث در حال حاضر در جامعه گسترده‌تر همجوشی لیزری آغاز شده است. دانشمندان در NIF و جاهای دیگر در حال بررسی راه‌هایی برای پیکربندی مجدد لیزر فعلی هستند، در حالی که دیگران برای طراحی‌های کاملاً جدیدی که می‌تواند راه‌های عملی‌تری برای انرژی همجوشی فراهم کند، فشار می‌آورند.

به نوبه خود، هاریکن عجله ای ندارد. او معتقد است که این دستگاه اکنون در یک رژیم همجوشی حیاتی عمل می کند که برای درک و پیش بینی قابلیت اطمینان سلاح های هسته ای مفید خواهد بود.

Hurricane می گوید: «هنگامی که انرژی و قابلیت پیش بینی بیشتری به دست می آوریم، به نوعی از فیزیک جالب رد شده اید. اگر دانشمند و مباشر بهتری باشید [of the nuclear stockpile] هدف شما این است، این رژیمی است که باید در آن کار کنید.»

لینک منبع

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.