Í ágúst 2022, þegar teymi vísindamanna hjá Lawrence Livermore National Lab (LLNL) National Ignition Facility (NIF) skaut skoti sem náði 1,35 megjónúlum (MJ) af samrunaorku með 1,9 MJ af leysiorku, var það langur -brennslubrennslu sem beðið var eftir.
Seinna sama ár í annarri tregðusamruna (aka leysir-drifinn samruna) tilraun, náðu vísindamenn 3,15 MJ af samrunaorku með 2,05 MJ af leysiorku og náðu íkveikju. Þetta var hitakjarnasamrunahvörf sem var búið til innan rannsóknarstofunnar-og það hóf alþjóðlegt kapphlaup um að setja kolefnis-lausa leysir-drifinn samrunaorku á netið fyrir 2030 eða 2040.
„Þetta var tímamót þegar NIF sýndi fyrst fram á að tregðusamruni væri mögulegur og lykillinn er að hafa rétta tegund eldsneytis-deuterium-trítíums-og nota leysigeisla til að þjappa saman og bræða það til að búa til ávinning (meiri orku út en sett inn),,“ segir Arianna Gleason, starfsmannafræðingur og staðgengill forstöðumanns orkumálasviðs Dens SL. „Þetta er eins og að halda eldsneyti stjörnu-aðeins í brot úr sekúndu innan rannsóknarstofu.“
Í ágúst 2022, þegar teymi vísindamanna hjá Lawrence Livermore National Lab (LLNL) National Ignition Facility (NIF) skaut skoti sem náði 1,35 megjónúlum (MJ) af samrunaorku með 1,9 MJ af leysiorku, var það langur -brennslubrennslu sem beðið var eftir.
Seinna sama ár í annarri tregðusamruna (aka leysir-drifinn samruna) tilraun, náðu vísindamenn 3,15 MJ af samrunaorku með 2,05 MJ af leysiorku og náðu íkveikju. Þetta var hitakjarnasamrunahvörf sem var búið til innan rannsóknarstofunnar-og það hóf alþjóðlegt kapphlaup um að setja kolefnis-lausa leysir-drifinn samrunaorku á netið fyrir 2030 eða 2040.
„Þetta var tímamót þegar NIF sýndi fyrst fram á að tregðusamruni væri mögulegur og lykillinn er að hafa rétta tegund eldsneytis-deuterium-trítíums-og nota leysigeisla til að þjappa saman og bræða það til að búa til ávinning (meiri orku út en sett inn),,“ segir Arianna Gleason, starfsmannafræðingur og staðgengill forstöðumanns orkumálasviðs Dens SL. „Þetta er eins og að halda eldsneyti stjörnu-aðeins í brot úr sekúndu innan rannsóknarstofu.“
Laser arkitektúr þróast fyrir samruna
NIF var smíðað á tíunda áratugnum og er með leysitækni þess tíma. "Við smíðum leysigeisla mun skilvirkari núna en við gerðum á tíunda áratugnum. Tækni okkar hefur fleygt fram á þann stað að við getum haft mjög skilvirka leysigeisla á endurtekningarhraða sem við þurfum til að samruna-mörg skot á sekúndu," segir Glenzer. "Athyglisvert er að örflögurnar inni í iPhone eru framleiddar með leysitækni sem kom í raun út úr leysirsamrunaáætluninni. Þetta var fyrsti viðskiptalegi árangur leysirsamruna."
Innan samrunasamfélagsins fjarlægist leysitækni hægt og rólega frá eldri arkitektúr sem virkaði í fortíðinni -flasslampa-dælt eða flasslampa-leysir sem byggðir voru „mjög sterkur vinnuhestur,“ segir Gleason. "En við þurfum skilvirkari, svo við erum að nota díóða-dælt fast-leysistæki (DPSSL)."
Þetta þýðir að það þarf að byggja upp aðfangakeðjuna fyrir DPSSL leysigeisla, vegna þess að allir eru að fara í átt að IFE staðlaða leysir vettvang fyrir nauðsynlegar prófanir. "Trefja-tengdir leysir eru ein aðferð til að flytja ljós frá einum stað til annars, notaðir alls staðar af fjarskiptum, en þar sem samrunasamfélagið reynir að nýta sér núverandi kynslóð leysisarkitektúra og við smíðum stærri leysigeisla þurfum við að hafa betur í huga hvernig hlutirnir verða kældir. Þetta er nýsköpunarrými fyrir fyrirtæki," segir Gleason.
Excimer leysir nota gas sem miðil og „hafa sterka sögu hjá varnarmálaráðuneytinu (DoD) fyrir beint-orkuvopn,“ segir Gleason. "Það er líka grunnurinn að samrunahugmynd. Miklar framfarir eru að verða með excimer leysigeisla, sem standa á áratuga eðlisfræði og rannsóknum. Við erum að taka framförum til að hafa svo öflugan leysir-kannski innan minna fótspors eða með betri skilvirkni. Hvernig kælir þú svona stóra leysisbyggingu? Þetta eru staðir þar sem einkafyrirtæki geta þróað sína eigin leyndarsósu."
STARFIRE og RISE samrunamiðstöðvar
STARFIRE samrunamiðstöð er undir forystu LLNL, með SLAC, til að markaðssetja leysir-drifin samrunaorku. Áhersla þess er há-markahönnun, markframleiðsla og DPSSL. Meðlimir eru MIT; Háskólinn í Kaliforníu, Berkeley; Háskólinn í Kaliforníu, Los Angeles; Háskólinn í Kaliforníu, San Diego; Háskólinn í Oklahoma; Háskólinn í Rochester; Texas A&M; Fraunhofer Institute for Laser Technology; Livermore Lab Foundation; Oak Ridge National Laboratory; Savannah River National Laboratory; Focused Energy Inc.; General Atomics; Leonardo Electronics US; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; og Xcimer Energy Corp.
Teymið hefur aðgang að leysirannsóknastofum hjá SLAC, þannig að það hefur tækifæri til að nota Linac Coherent Light Source (LCLS), eina röntgenlausa-rafeindaleysirann (XFEL) í Bandaríkjunum, til að rannsaka og yfirheyra efni hylkis eða samrunaeldsneyti. Hann starfar á 120 Hz, en mun fljótlega starfa í megahertz.
"Við notum tvo leysigeisla í einu í tilraunum okkar hjá SLAC. Langur-púlsleysir rekur höggbylgjur inn í sýnið og svo könnum við það með LCLS til að sjá hvað er að gerast á minnsta lengd og tímakvarða til að bæta eðlisfræðilíkönin okkar," segir Gleason. "Við þurfum að bera epli saman við epli til að mæla hvort eðlisfræðilíkanið okkar sé rétt. Það undirstrikar ekki aðeins það sem innlend rannsóknarstofur þurfa, heldur gefur einkafyrirtækjum líka leið til að spá fyrir um hvort hluti af hugmyndinni þeirra muni virka eða ekki (til dæmis hvernig þeir eru að líkja eftir markmiðsþátttöku sinni). Og við erum að veita þeim þessi mikilvægu gögn með því að nýta aðgang okkar að mismunandi leysi- og tækjakerfum."
Önnur miðstöð, RISE, er undir forystu SLAC og Colorado State University, og þar starfa sérfræðingar frá Cornell University, University of Illinois, Texas A&M, Los Alamos National Laboratory, Naval Research Laboratory og einkafyrirtækjum-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion og General Atomics-sem vinna að mismunandi aðferðum við leysir.
„Allir hafa trúverðuga nálgun,“ segir Glenzer. "En það er ekki eins og eitt fyrirtæki reyni að láta þetta allt gerast-þetta er samfélag og samrunamiðstöð á landsvísu. Vísindamenn eru að reyna að efla tæknina og við erum að læra hvert af öðru til að reyna að loka rannsókna- og tæknibilunum fyrir 2030."
Glenzer er oft spurður af fjárfestum hvaða samrunafyrirtæki eigi að styðja. „Sum leysirfyrirtækin geta þénað mun fyrr með því að afhenda leysigeisla til að skjóta niður dróna innan varnarrýmisins,“ segir hann. "En fjárfestum líkar ekki hugmyndin því þeir vilja markað sem þjónar eingöngu samruna og rafmagni. Þeir vilja í raun og veru að þessi fyrirtæki geri samruna svo þau geti selt raforku. Það er mjög athyglisvert hversu einbeittir þeir eru að því að koma samruna í gang."
Samrunasamfélagið er „mjög meðvitað um kröfur aðfangakeðjunnar fyrir samrunafyrirtækin til að hafa fjármagn til að byggja ekki aðeins upp tilraunaáætlanir sínar heldur hafa síðan langtímaflota kjarnakljúfa,“ segir Gleason. "Það er margþætt nálgun með tilliti til þess hvar við getum fengið hráefnin, og síðan framleitt íhluti víðs vegar um Bandaríkin, að setja upp innlenda aðfangakeðju. Þetta er lykilatriði."
2030 eða 2040 fyrir samruna tilraunaverksmiðju?
Samstarf og fjármögnun opinberra-einkaaðila eru mikilvæg til að komast jafnvel nálægt því að setja leysir-drifinn samruna á netið á þriðja áratug síðustu aldar.
"Hlutverk okkar er fyrst og fremst að styðja og gera lítið úr mikilvægu tækninni sem samrunaiðnaðurinn/einkafyrirtækin þurfa," segir Gleason. „En sum fyrirtæki segjast búast við að það verði á 2030.
Bandaríska orkumálaráðuneytið setti sér markmið um 2030. „Það þýðir að við viljum loka öllum tækni- og rannsóknartæknieyðum, sumum um miðjan þriðja áratuginn, og byggja síðan tilraunaverksmiðju,“ segir Glenzer. „Það fer í raun eftir því hversu mikið fé er lagt í, en það er raunhæft að búast við tilraunaverksmiðju seint á þriðja áratugnum eða í byrjun þess fjórða.
