پژوهشگران در کالیفرنیا موفق شدند با تغییر شکل پالس‌های لیزر، گام مهمی در راستای دست یابی به احتراق مورد نیاز برای گداخت لیزری بردارند.

نمایی از هدف لیزر در NIF

پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) در کالیفرنیا توانسته‌اند با استفاده از لیزر پرتوان تاسیسات ملی احتراق (NIF) به بهره‌ی سوختی بالاتری در مقایسه با قبل دست یابند. هرچند هنوز تا رسیدن به حد مطلوب احتراق فاصله‌ی زیادی وجود دارد؛ اما این نتایج گام مهمی در تحقق انرژی همجوشی محسوب می‌شود.

نقطه‌ی احتراق در واکنش گداخت، نقطه‌ای است که در آن واکنش بدون نیاز به انرژی خارجی ادامه می‌یابد و به اصطلاح خودنگه‌دار(self-sustaining)  می‌شود.

تاسیسات NIF سال 2009 کامل شد و توانست با صرف هزینه‌ی 3 میلیارد دلار و استفاده از 192 پرتوی لیزری در مدت چند میلیاردم ثانیه 1.8 مگا ژول انرژی تولید کند. هدف لیزر یک استوانه‌ی توخالی از جنس طلا به طول یک سانتیمتر است که در مرکز آن کره‌ای از جنس تریتیم و دوتریم منجمد با روکش پلاستیکی و ابعاد دانه‌ی فلفل قرار دارد. پالس‌های لیزر درون کره را به واسطه‌ی تولید اشعه‌ی ایکس گرم می‌کند و با انفجار سوخت، دمای آن را تا حدود 50 میلیون درجه‌ی سلسیوس بالا می‌برد و طی این فرایند ذرات آلفا و نوترون تولید می‌شود.

بین سال‌های 2009 تا 2012 پژوهشگران در NIF روی پروژه‌ای که مستقیماً برای احتراق طراحی شده بود، کار می‌کردند؛ نقطه‌ای که گرمای تولید شده به وسیله‌ی ذرات آلفا نرخ واکنش‌ گداخت را افزایش می‌دهد، به گونه‌ای که آن‌ها انرژی بیشتری در مقایسه با انرژی لیزر بکار رفته آزاد می‌کنند. کار به نتیجه نرسید، چرا که انرژی خروجی حدود هزار بار از انرژی ورودی کمتر بود. پس از بررسی توسط کنگره، روش جدیدی در نظر گرفته شد تا بررسی شود که در کدام قسمت پروژه اشتباه صورت گرفته است.

جایگاه جدید

در جدیدترین کار، عمر هوریکن (Omar Hurricane) و همکارانش در LLNL میزان خروجی NIF را با تغییر شکل پالس‌های لیزر افزایش دادند. ایده به این صورت است که با فشرده سازی سوخت تا بالاترین چگالی ممکن، واکنش‌های گداخت به حداکثر رسانده شوند. متاسفانه از طرفی این رویکرد موجب می‌شود تا پوسته‌ی پلاستیکی اطراف سوخت شکسته شود و بنابراین فشار درون سوخت کاهش یافته و انرژی خروجی محدود ‌شود.

در مقاله‌ای که در Nature منتشر شده است، هوریکن و همکارانش نتایج آزمایش‌های خود در سپتامبر و نوامبر گذشته را منتشر کرده‌اند که با تحویل 10 کیلو ژول انرژی به سوخت، به ترتیب 14 و 17 کیلوژول انرژی تولید شده و بنابراین در هر دو، بهره‌ی سوختی وجود داشته است.

هماهنگ با مدل‌های رایانه‌ای

بنا به گفته‌ی عضوی از گروه، آن‌ها توانسته‌اند پس از فرستادن این مقاله به انرژی 26 کیلوژول نیز دست یابند؛ این نتایج با پیش‌بینی‌های شبیه سازی رایانه‌ای همخوانی دارد. این تطابق مهم است، اگر آن‌ها بتوانند به هدف اصلی خود یعنی حفظ ذخایر سلاح‌های هسته‌ای بدون تست آن دست یابند.

دنیز هینکل (Denise Hinkel) عضوی از این گروه مقایسه‌ای بین دست یافتن به نقطه‌ی احتراق و کوه‌های پوشیده از ابر کلیمانجارو در تانزانیا می‌کند و می‌گوید: «هر چقدر که شما بالاتر می‌روید می‌دانید که به قله نزدیک‌تر شده‌اید؛ اما نمی‌دانید چه مقدار. این موضوع در مورد احتراق هم صدق می‌کند.»

شیب صعودی به سمت احتراق

آن‌ها اکنون در تلاش هستند تا کره‌هایی با تقارن بیشتر تولید کنند و به این ترتیب انفجار کارآمدتری داشته باشند و نیز در حال بهبود مواد پوسته هستند. هرچه از پلاستیک کمتری استفاده شود، سوخت سریعتر منفجر خواهد شد. از طرفی وجود پلاستیک برای حفظ سوخت لازم است. بنابراین باید به تعادل مناسبی دست یابند.

آن‌ها معتقدند که دانشمندان حدود 60 سال صبر کرده‌اند تا به گداخت کنترل شده نزدیک شوند. اکنون هم در زمینه‌ی مغناطیسی و هم محصورسازی اینرسی به موفقیت بسیار نزدیک شده‌اند و باید این رویه حفظ شود.

منبع: Laser fusion passes milestone