Tre articoli evidenziano i risultati dell’esperimento di resa record di 1,3 megajoule

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In occasione del primo anniversario del raggiungimento di oltre 1,3 megajoule presso la National Ignition Facility di LLNL, i risultati scientifici di questo esperimento da record sono stati pubblicati in tre articoli sottoposti a revisione paritaria: Lettere di revisione fisica e due Revisione fisica E:. Questa immagine stilizzata mostra il bersaglio criogenico utilizzato per questi esperimenti di fusione inerziale da record. Credito: James Wickboldt/LLNL

Dopo decenni di ricerca sulla fusione a confinamento inerziale, l’8 agosto 2021 è stata raggiunta per la prima volta una resa di oltre 1,3 megajoule (MJ) presso il National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), fermandosi per la prima volta ricercatori. per ottenere il guadagno di fusione e la svolta scientifica.

In occasione del primo anniversario di questo risultato storico, i risultati scientifici di questo esperimento da record sono stati pubblicati in tre articoli sottoposti a revisione paritaria: Lettere di revisione fisica e due Revisione fisica E:. Uno include oltre 1000 autori Lettere di revisione fisica carta per riconoscere e riconoscere le molte persone che hanno lavorato in molti decenni per rendere possibile questo significativo progresso.

“Il colpo record è stato un importante progresso scientifico nella ricerca sulla fusione, confermando che l’accensione della fusione in laboratorio è possibile presso il NIF”, ha affermato Omar Hurriken, scienziato principale del programma Inertial Confinement Fusion di LLNL. “Il raggiungimento delle condizioni necessarie per l’accensione è stato a lungo un obiettivo di tutta la ricerca sulla fusione a confinamento inerziale e fornisce l’accesso a un nuovo regime sperimentale in cui l’autoriscaldamento delle particelle alfa supera tutti i meccanismi di raffreddamento nel plasma di fusione”.

I documenti descrivono in dettaglio i risultati dell’8 agosto 2021 e la relativa progettazione, miglioramenti e misurazioni sperimentali. Il fisico LLNL Alex Zylstra, capo sperimentatore e primo autore dell’esperimento Revisione fisica E: il quotidiano ha osservato che nel 2020 e all’inizio del 2021 il laboratorio ha condotto per la prima volta esperimenti in modalità “plasma bruciato”, che ha posto le basi per lo scatto da record.

“Da quel progetto, abbiamo apportato diversi miglioramenti per arrivare al lancio dell’8 agosto 2021”, ha affermato. “I miglioramenti nella progettazione fisica e nella qualità del bersaglio hanno contribuito al successo dello scatto di agosto, di cui si discute Revisione fisica E: carte”.

Questo esperimento includeva diverse modifiche, incluso un design del bersaglio migliorato. “La riduzione del tempo di inerzia con hohlraum più efficienti rispetto ai precedenti esperimenti è stata la chiave per passare dalla combustione del plasma ai regimi di accensione”, ha affermato la fisica dell’LLNL Annie Critcher, lead designer e prima autrice dell’altro. Revisione fisica E: carta “Altri cambiamenti importanti sono stati il ​​miglioramento della qualità della cartuccia e un tubo di riempimento del carburante più piccolo”.

Tre articoli sottoposti a revisione paritaria evidenziano i risultati scientifici della resa record della National Ignition Facility

Questa immagine in tre parti mostra la tipica geometria di un bersaglio tagliato (a), che include un holram di uranio impoverito rivestito d’oro che circonda una capsula HDC con alcune caratteristiche etichettate. Una capsula di ~ 2 mm di diametro, al centro di un foro alto ~ 1 cm, occupa una piccola frazione del volume. I raggi laser entrano nel bersaglio attraverso aperture in alto e in basso chiamate fori di ingresso del laser. In b, la potenza laser totale (blu) rispetto al tempo e la temperatura di radiazione Holraum simulata per l’esperimento dell’8 agosto 2021 sono mostrate con diversi elementi chiave etichettati. Tutte le immagini sono 100 micron quadrati. I dati di imaging vengono utilizzati per ricostruire il volume del plasma del punto caldo, necessario per dedurre la pressione e altre proprietà del plasma. Credito: Lawrence Livermore National Laboratory

Dall’esperimento dello scorso agosto, il team ha condotto una serie di esperimenti per cercare di replicare le prestazioni e comprendere la sensibilità sperimentale in questa nuova modalità.

“Molte variabili possono influenzare ogni esperimento”, ha detto Critcher. “I 192 raggi laser non funzionano esattamente allo stesso modo da un colpo all’altro, la qualità dei bersagli varia e lo strato di ghiaccio cresce con una durezza diversa su ciascun bersaglio. Questi esperimenti hanno fornito l’opportunità di testare e comprendere questa nuova, sensibile variabilità. modalità sperimentale.’

Sebbene gli esperimenti ripetuti non abbiano raggiunto lo stesso livello di resa di fusione dell’esperimento dell’agosto 2021, hanno mostrato tutti un accrescimento della capsula maggiore dell’unità nell’intervallo 430-700 kJ, significativamente superiore alla precedente resa più alta nel febbraio 170 kJ. 2021. I dati di questi e altri esperimenti forniscono indizi importanti su cosa è andato bene e quali modifiche sono necessarie per ripetere l’esperimento e superarlo in futuro. Il team sta inoltre utilizzando i dati sperimentali per comprendere ulteriormente i processi fondamentali dell’accensione e della combustione della fusione e per migliorare gli strumenti di simulazione a supporto della gestione dell’inventario.

Guardando al futuro, il team sta lavorando su dati sperimentali e simulazioni accumulati per spostarsi verso un regime più robusto oltre la scogliera di brillamento, dove le tendenze generali riscontrate in questo nuovo regime sperimentale possono essere meglio separate dalla variabilità del bersaglio e dalle prestazioni del laser.

Gli sforzi per aumentare l’efficienza e la durata della colata continuano attraverso miglioramenti del laser, miglioramenti del target e modifiche al design che migliorano ulteriormente l’erogazione di energia al punto caldo mantenendo o addirittura aumentando la pressione del punto caldo. Ciò include il miglioramento della compressione del combustibile da fusione, l’aumento della quantità di combustibile e altri modi.

“È molto eccitante avere una ‘prova dell’esistenza’ di un bagliore in laboratorio”, ha detto Hurricane. “Stiamo operando in una modalità a cui nessun ricercatore ha avuto accesso dalla fine dei test nucleari ed è un’incredibile opportunità per espandere le nostre conoscenze mentre continuiamo a fare progressi”.


Ricercatori sull’orlo dell’accensione presso la National Ignition Facility


Informazioni aggiuntive:
H. Abu-Shawareb et al., Criterio di Lawson per l’accensione superato in un esperimento di fusione inerziale, Lettere di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.075001

AB Zylstra et al, Experimental Acquisition and Flare Signatures presso la National Flare Station, Revisione fisica E: (2022). DOI: 10.1103/PhysRevE.106.025202

AL. Kreacher et al., progettando un esperimento di fusione inerziale che supera il criterio di Lawson per l’accensione, Revisione fisica E: (2022). DOI: 10.1103/PhysRevE.106.025201

Per gentile concessione del Lawrence Livermore National Laboratory

Citazione:Tre documenti evidenziano i risultati dell’esperimento di rendimento record di 1,3 megajoule (2022, 9 agosto), recuperato il 10 agosto 2022 da https://phys.org/news/2022-08-papers-highlight-results-megajoule-yield .html:

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