یک تکنیک جدید می تواند به تولید انبوه نیروی همجوشی کمک کند

همجوشی هسته‌ای، که همان واکنشی را که خورشید را نیرو می‌دهد تکرار می‌کند، به دلیل پتانسیل آن برای ایمن، تمیز، ارزان و قابل اعتماد بودن، مدت‌هاست که به عنوان یک منبع انرژی ایده‌آل دیده می‌شود.

از اوایل دهه 1960، دانشمندان امکان استفاده از لیزرهای پرقدرت را برای فشرده کردن مواد همجوشی به اندازه کافی طولانی و در دماهای بالا برای ایجاد اشتعال – نقطه ای که در آن خروجی اینرسی حاصل می شود، دنبال کردند. سنتز انرژی بیشتر از انرژی تحویل شده به هدف است.

دانشمندان در دسامبر 2022 در مرکز احتراق ملی در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور به اشتعال دست یافتند، اما موانع زیادی در ایجاد انرژی همجوشی از نظر فنی و تجاری برای آنها باقی مانده است. تولید انبوه و مصرف

محققان آزمایشگاه انرژی لیزری دانشگاه روچستر (LLE) برای اولین بار به صورت تجربی روشی به نام تشکیل پوسته پویا را نشان دادند که می تواند به هدف ایجاد یک نیروگاه همجوشی کمک کند.

محققان، از جمله ایگور ایگومنشچف، دانشمند ارشد در LLE، و والری گونچاروف، دانشمند برجسته و مدیر گروه تئوری LLE و استادیار (پژوهش) در گروه مهندسی مکانیک، یافته‌های خود را در مقاله‌ای که در منتشر شده در نامه معاینه فیزیکی.

ایگومنشچف می‌گوید: «این آزمایش امکان‌پذیری یک مفهوم هدف ابتکاری مناسب برای تولید انبوه مقرون‌به‌صرفه برای انرژی همجوشی اینرسی را نشان می‌دهد.

رویکرد مرسوم به انرژی همجوشی اینرسی

در رویکرد مرسوم به انرژی همجوشی اینرسی، هدفی متشکل از مقدار کمی سوخت هیدروژن – به شکل ایزوتوپ‌های هیدروژن دوتریوم و تریتیوم – در یک پوسته کروی منجمد شده است. سپس پاکت توسط لیزر بمباران می شود و سوخت مرکزی را تا فشارها و دماهای بسیار بالا گرم می کند. هنگامی که این شرایط برآورده می شود، پوسته فرو می ریزد و مشتعل می شود و تحت همجوشی قرار می گیرد.

این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می کند که پتانسیل ایجاد یک نیروگاه بدون کربن را دارد. اما الف نیروگاه فیوژنکه هنوز فرضی است، به نزدیک به یک میلیون هدف در روز نیاز دارد. روش‌های فعلی تولید اهداف با استفاده از فرآیند آماده‌سازی انجماد گران بوده و ساخت اهداف دشوار است.

تشکیل پوسته پویا: امکان پذیرتر، ارزان تر

شلیک پویا یک روش جایگزین برای ایجاد هدف است که در آن یک قطره مایع دوتریوم و تریتیوم به یک کپسول فوم تزریق می شود. هنگامی که توسط پالس های لیزر، کپسول به یک پوسته کروی تبدیل می شود، سپس منفجر می شود و فرو می ریزد و در نتیجه مشتعل می شود. تشکیل پوسته پویا به لایه‌بندی برودتی گران‌قیمتی که روش‌های تولید برق همجوشی اینرسی معمولی استفاده می‌کنند، نیاز ندارد زیرا از اهداف مایع استفاده می‌کند. انجام این اهداف نیز آسان تر خواهد بود.

گونچاروف برای اولین بار تشکیل پوسته پویا را در مقاله ای در سال 2020 توصیف کرد، اما این مفهوم به صورت تجربی نشان داده نشده است. در یک آزمایش اثبات اصل در مقیاس کوچک، ایگومنشچف، گونچاروف و همکارانشان از لیزر OMEGA LLE برای تشکیل یک کره فوم پلاستیکی استفاده کردند که چگالی مشابه سوخت مایع دوتریوم-تریتیوم در پوسته داشت و گامی مهم در پویایی را نشان داد. مفهوم پاکت نامه

برای تولید همجوشی با استفاده از تکنیک تشکیل پوسته پویا، تحقیقات آینده به لیزرهایی با پالس‌های طولانی‌تر و پرانرژی‌تر نیاز دارد، اما آزمایش حاضر نشان می‌دهد که تشکیل پوسته پویا ممکن است به عنوان مسیری برای راکتورهای قدرت همجوشی عملی‌تر امکان‌پذیر باشد.

“ترکیب این مفهوم هدفمند با بسیار کارآمد لیزر ایگومنشچف می گوید: سیستمی که در حال حاضر در LLE در حال توسعه است، مسیر بسیار جذابی را برای انرژی همجوشی فراهم می کند.