Zapłon Fusion - Fusion ignition

Zapłon syntezy jądrowej to punkt, w którym reakcja syntezy jądrowej staje się samowystarczalna . Dzieje się tak, gdy energia wydzielana przez reakcje syntezy termojądrowej ogrzewa masę paliwa szybciej niż różne mechanizmy stratności ją ochładzają. W tym momencie energia zewnętrzna potrzebna do podgrzania paliwa do temperatur syntezy nie jest już potrzebna. Ponieważ szybkość topnienia zmienia się wraz z temperaturą, punkt zapłonu dla danej maszyny jest zwykle wyrażany jako temperatura.

Wskazane wyniki zapłonu

Wydaje się, że w niedzielę 8 sierpnia 2021 r. National Ignition Facility uruchomił zapłon w laboratorium po raz pierwszy w ponad 60-letniej historii programu ICF. Strzał przyniósł 1,3 megadżuli energii termojądrowej, ponad 8-krotną poprawę w testach przeprowadzonych wiosną 2021 r. i 25-krotny wzrost w porównaniu z rekordowymi eksperymentami NIF 2018. Wczesne raporty oszacowały, że 250 kilodżuli energii zostało zdeponowanych na celu (około 2/3 energii z wiązek), co skutkowało wyprowadzeniem 1,3 megadżuli ze stapiącej się plazmy.

Obecne badania

Zapłonu nie należy mylić z progiem rentowności , podobnym pojęciem, które porównuje całkowitą energię oddawaną z energią użytą do podgrzania paliwa. Kluczową różnicą jest to, że próg rentowności ignoruje straty do otoczenia, które nie przyczyniają się do nagrzewania się paliwa, a tym samym nie są w stanie sprawić, że reakcja będzie samopodtrzymująca się. Breakeven jest ważnym celem w dziedzinie energii syntezy jądrowej , ale zapłon jest niezbędny do praktycznego projektu wytwarzania energii.

W naturze gwiazdy osiągają zapłon w temperaturach podobnych do Słońca , około 15 milionów kelwinów (27 milionów stopni F). Gwiazdy są tak duże, że produkty syntezy jądrowej prawie zawsze będą oddziaływać z plazmą, zanim ich energia zostanie utracona na rzecz środowiska na zewnątrz gwiazdy. Dla porównania, reaktory wykonane przez człowieka są znacznie mniej gęste i znacznie mniejsze, dzięki czemu produkty syntezy jądrowej mogą łatwo ulatniać się z paliwa. Aby to zrekompensować, wymagane są znacznie wyższe szybkości stapiania, a tym samym znacznie wyższe temperatury; większość reaktorów termojądrowych wykonanych przez człowieka jest zaprojektowana do pracy w temperaturach około 100 milionów stopni lub wyższych.

Od 2020 r. żaden reaktor wykonany przez człowieka nie osiągnął progu rentowności. Zapłon został osiągnięty w rdzeniach detonujących broni termojądrowych .

Lawrence Livermore National Laboratory ma system laserowy 1,8 MJ pracujący z pełną mocą. Ten system laserowy jest przeznaczony do sprężania i podgrzewania mieszaniny deuteru i trytu , które są izotopami wodoru , w celu kompresji izotopów do ułamka ich pierwotnej wielkości i stopienia ich w atomy helu (uwalniając w tym procesie neutrony). .

W styczniu 2012 r. Dyrektor National Ignition Facility Mike Dunne przewidział w rozmowie plenarnej Photonics West 2012, że zapłon zostanie osiągnięty w NIF do października 2012 r. Jednak od 2015 r. NIF działa w warunkach około 1/10 do 1/3 progu rentowności . Myląco, według definicji LLNL, zapłon i próg rentowności występują w tym samym punkcie, ze względu na specyfikę ich eksperymentu.

Przewiduje się, że pierwszy na świecie reaktor termojądrowy będzie zdolny do osiągnięcia progu rentowności. W oparciu o projekt reaktora Tokamak, ITER ma na celu osiągnięcie fuzji przez dłuższy czas, zanim wpłynie to na integralność strukturalną. Budowa ma się zakończyć w 2025 roku.

Eksperci uważają, że osiągnięcie zapłonu syntezy jądrowej jest pierwszym krokiem w kierunku potencjalnie nieograniczonego źródła energii, jakim jest fuzja jądrowa.