Bliain ó shin, thuig an cine daonna glanghnóthachan fuinnimh imoibriú comhleá núicléach den chéad uair. I rith na bliana seo, tá an NIF feabhsaithe go leanúnach agus d'éirigh leis trí adhaint eile a bhaint amach, ag briseadh roinnt taifead i ndiaidh a chéile! Le déanaí, roghnaíodh príomh-eolaí an tionscadail mar cheann de na 10 nDaoine is Fearr sa Bhliain de chuid an Dúlra...
Bliain ó shin, thuig an cine daonna glanghnóthachan fuinnimh imoibriú comhleá núicléach den chéad uair. Sa bhliain seo, lean NIF ag feabhsú, agus ansin thuig trí adhainte go rathúil, ag briseadh roinnt taifead! Díreach le déanaí, príomh-eolaí an tionscadail, ach freisin roghnaithe mar cheann de na deich daoine is fearr de Nature na bliana.
14 Nollaig na bliana seo caite, Lawrence Livermore Saotharlann Náisiúnta (LLNL) don chéad uair a bhaint amach rath adhainte comhleá núicléach rialaithe, do gach cine daonna a bhaint as an fuinneamh glan "Soitheach Naofa" -
Tar éis 2.05 megajoules (MJ) fuinnimh a sheachadadh chuig an sprioc, táirgeadh aschur fuinnimh comhleá de 3.15 MJ le gnóthachan fuinnimh de thart ar 1.5.
Ar an 30 Iúil, 2023, bhain an tSaotharlann a céad fhuinneamh aschuir riamh de 3.88 MJ, an líon is airde riamh.
Ar 30 Deireadh Fómhair, shocraigh an tsaotharlann taifead eile - 2. Baineadh amach 2 megajoules d'fhuinneamh ionchuir den chéad uair. Idir an dá linn, tháinig an fuinneamh aschuir de 3.4 megajoules sa dara háit.
I bhfianaise 'adhainte' rathúil arís agus arís eile, d'fhoilsigh Nature alt ar bís ag rá - tá comhleá léasair ar tí dul isteach i ré iomlán nua.
Is féidir, nuair a dhéanfar comhleá núicléach rialaithe a bhaint amach ar deireadh, go mbeidh an deis ag an gcine daonna méideanna ollmhóra fuinnimh ghlan saor ó charbón a fháil den chéad uair riamh sa stair, ag réabhlóidiú an treochláir fuinnimh don todhchaí.
I bhfocail eile, faoin am sin, ní bheidh níos mó gáis cheaptha teasa ó dhó guail agus ola, ná dramhaíl radaighníomhach fadsaoil níos contúirtí - beidh rochtain ag an gcine daonna ar 'fhuinneamh glan' i bhfíorchiall an fhocail.
Ciallaíonn sé seo go n-imeoidh an ganntanas fuinnimh atá buailte ag an gcine daonna ó tháinig muid isteach sa Ré Leictreach. Is féidir leis an gcine daonna fiú dul chun cinn teicneolaíochta gan fasach a bhaint amach san fhuinneamh réchúiseach a thagann as comhleá núicléach rialaithe.
Ach déanaimis filleadh ar an réaltacht ar dtús.
Is í an fhíordheacracht a bhaineann leis an léasair a fháil chun méideanna ollmhóra fuinnimh a sheachadadh ná conas optaic luachmhar an NIF a chosaint ó dhamáiste ó bhruscar.
Is é NIF an t-aon chóras léasair ar domhan ar féidir oibriú os cionn na tairsí damáiste, agus sin go páirteach mar gheall ar an timthriall aisghabhála optúil a forbraíodh sa saotharlann.
Optaic Feabhsaithe
I mí an Mheithimh 2023, chuir NIF dhá phríomhfheabhsúchán i gcrích a bhí ríthábhachtach chun an 2.2 meigeavata fuinnimh ionchuir a bhaint amach.
Áirítear orthu sin úsáid a bhaint as sciath bhruscar shilice comhleáite ar dhá thrian de léaslínte NIF agus sciath miotail a shuiteáil ar 32 léaslíne leathsféar íochtair.
Laghdaigh na feabhsuithe seo an ráta damáiste de bharr smionagar faoi fhachtóir 10 go 100, ag brath ar an beamline. Is iad na optaic ag na beamlínte níos ísle a fuair an smionagar ba mhó ón spriocsheomra de bharr domhantarraingthe.
I measc feabhsuithe eile tá sciath frith-fhrithchaiteach nua, cóireáil gal hexamethyldisiloxane (HMDS), agus méadú ar chumas timthriall athchúrsála optúil. Chomh maith le 'bacóir imeall liath' nua le haghaidh fadhb nach bhfuil eolaithe fós le sainmhíniú iomlán.
Níos mó ná méadú ar fhuinneamh
Ní leor an fuinneamh méadaithe amháin chun na cinn iontacha atá déanta ag NIF san eolaíocht a chothú - an
Ní mhaireann bíoga léasair ach cúpla billiúnú soicind, agus mar sin tá fíor-chruinneas ag teastáil chun na torthaí inmhianaithe a bhaint amach.
Chun an sprioc seo a bhaint amach, chríochnaigh an fhoireann le déanaí imscaradh córas um Mhúnlú Pulse Ard-Dílis (HiFiPS).
Tionscadal ilbhliantúil, cumasaíonn HiFiPS múnlú cuisle níos cruinne agus níos cruinne, rud a chuireann ar chumas cothromaíocht cumhachta níos fearr agus rialú siméadrachta i bpléascthaí.
Ina theannta sin, rinne an fhoireann athchóiriú ar na snáithíní optúla sa tsaoráid chun iad a dhéanamh níos fulangaí maidir le hathnochtadh neodrón. Úsáidtear na snáithíní seo chun an chuisle léasair a sheachadtar chuig an sprioc a thomhas go cruinn.
Mar thoradh díreach ar an athchóiriú, méadaíodh an neart comhartha faoi fhachtóir 10 go 100, agus bhí na taighdeoirí in ann leanúint ar aghaidh ag 'breathnú' cruinn ar fheidhmíocht léasair.
Mar sin féin, tá bealach fada le dul fós ón úrscothacht go dtí seachadadh fuinnimh chomhleá chuig an eangach a bhaint amach.
Cé go bhfuil an léasair is mó ar domhan ag NIF inniu, tá an córas thar a bheith mí-éifeachtach, le níos mó ná 99% den fhuinneamh i ngach adhainte caillte sula sroicheann sé a sprioc.
Agus is príomhsprioc é córas léasair níos éifeachtaí a fhorbairt de chuid Chlár Taighde Inertial Fusion nua-sheolta an DOE.
D’fhógair an Roinn le déanaí go n-infheisteoidh sí $42 milliún thar cheithre bliana chun trí ionad taighde nua a bhunú chun oibriú le chéile chun é seo agus dul chun cinn eolaíoch eile a bhaint amach.
Áireoidh gach ceann de na hionaid seo saotharlanna náisiúnta, taighdeoirí ollscoile agus comhpháirtithe tionscail.
Agus tá ceann de na figiúirí lárnacha sa chlár comhleá iomlán, an fisiceoir Annie Kritcher, tar éis é a dhéanamh mar na 10 nDaoine Eolaíochta is Fearr sa Bhliain de chuid an Dúlra freisin.
In 2022, bhain Annie Kritcher sprioc amach ag an tSaoráid Adhaint Náisiúnta (NIF) a bhí do-fheicthe i saotharlanna ar fud an domhain le blianta fada - ag comhbhrú adaimh chomh mór sin gur chomhleádh agus gur tháirg a núicléis níos mó fuinnimh ná mar a d'ídigh an t-imoibriú féin.
Ach tar éis an chloch mhíle turgnamhach seo a bhaint amach (.i. adhaint), bhí an fhoireann faoi bhrú an éacht a dhéanamh arís.
Is annamh a théann taighde ard-geallta réidh: rinne an fhoireann a gcéad mhacasamhlú i mí an Mheithimh, ach bhí na torthaí lag.
Ar ámharaí an tsaoil, d’éirigh leis an tríú iarracht.
Ar an 30 Iúil, scaoil 192-léasa léas an NIF 2.05 meigealóg fuinnimh ag sféir bheaga de na iseatóip hidrigine deoitéiriam agus tritiam ar crochadh reoite i sorcóir óir.
Ba é an t-ionsú a d'eascair as sin ba chúis leis na iseatóip a scaoileadh fuinnimh agus iad ag comhleádh isteach i héiliam agus ag táirgeadh teochtaí sé huaire níos airde ná croí na Gréine.
I ndeireadh na dála, chruthaigh siad seo 3.88 megajoules d'fhuinneamh comhleá a sháraíodh riamh.
Ag féachaint timpeall an domhain, ní raibh aon tsaotharlann in ann imoibriú comhleá a bhaint amach a aschuireann níos mó fuinnimh ná mar a ídíonn sé go dtí gur bhain NIF an éacht seo amach.
D'éirigh le Kritcher agus a foireann dhá adhaint eile a dhéanamh i mí Dheireadh Fómhair, rud a thug ceithre cinn san iomlán.
Thosaigh Kritcher ag déanamh taighde ar fhuinneamh comhleá nuair a bhí sí ina hintéirneach samhraidh ag Livermore i 2004. Go luath chuir sí a radharcanna ar NIF - ceann den bheagán áiteanna ar domhan inar féidir staidéar a dhéanamh ar fhrithghníomhartha comhleá.
Ó shin i leith, tá sí i gceannas ar fhoireann a dhéanann anailís ar shonraí turgnamhacha agus a úsáideann samhlacha ríomhaire chun turgnaimh a dhearadh - trí pharaiméadair ar nós méid agus cumraíocht na sprice agus fuinneamh agus uainiú na léasaí léasair éagsúla a choigeartú - chun táirgeacht chomhleá a bhaint amach agus a mhéadú. Nuair a bheidh an dearadh críochnaithe ag a foireann, glacann an fhoireann thurgnamhach seilbh ar lasadh na léasair agus ag bailiú sonraí.
Léirigh an próiseas go bhfuil Kritcher eisceachtúil, agus mar thoradh air sin bhí sí ar cheann de na príomh-dhearthóirí ag NIF in 2016.
Sna blianta beaga atá romhainn, tá Kritcher agus a foireann ag géarú agus ag athrú dearadh phríomhchlár turgnamhach NIF. Agus athruithe éagsúla á ndéanamh ar an sprioc, d'úsáid an fhoireann feabhsuithe éagsúla freisin chun fuinneamh iomlán an léasair a mhéadú. Is é an toradh atá air ná go bhfuil comhleá núicléach á bhaint amach, níos mó agus níos minice.
Le rath 'Ignition', chuir Kritcher tús le sraith nua turgnaimh - méadú ar an toradh arís trí níos mó fuinnimh léasair a sheachadadh chuig sprioc-chapsúl níos tiús.
Agus is céim eile é seo i dtreo na ndeicheanna terajoule nó torthaí níos airde fós a bhaint amach ag NIF.
Comhleá Rialaithe, Soitheach Naofa an Fhuinnimh Ghlain
Go simplí, is é comhleá núicléach an próiseas trína dtagann dhá núicléas adamhach éadrom le chéile chun núicléas níos troime a fhoirmiú agus a scaoileann méid ollmhór fuinnimh.
Imbhuaileann dhá adamh hidrigine agus polaiméiríonn siad chun adamh héiliam a dhéanamh, a bhfuil mais beagán níos lú aige ná an t-adamh hidrigine bunaidh. De réir chothromóid mais-fhuinnimh íocónach Einstein E=mc², tiontaítear an mais-difríocht seo ina pléasctha fuinnimh.
I gcroílár na gréine, tarlaíonn comhleá 620 milliún tonna hidrigine gach soicind. Is é an fuinneamh a tháirgtear foinse na beatha ar fad ar domhan.
Ach ceann de na dúshláin mhóra a bhaineann le comhleá núicléach a úsáid ná conas an fuinneamh a scaoiltear ón imoibriú comhleá a dhéanamh níos mó ná an t-ionchur fuinnimh agus an próiseas a dhéanamh inbhuanaithe.
An Prionsabal Adhaint NIF
Sna 1960idí, rinne grúpa eolaithe ceannródaíocha ag LLNL hipitéis go bhféadfaí léasair a úsáid chun comhleá núicléach a spreagadh i suíomh saotharlainne.
Tháinig an smaoineamh réabhlóideach seo chun cinn ina dhiaidh sin go comhleá luí seoil táimhe faoi cheannas an fhisiceora John Nuckolls.
Chun an coincheap seo a bhaint amach, thóg LLNL sraith de chórais léasair atá ag éirí níos cumhachtaí, agus an NIF is mó agus is fuinniúla ar domhan mar bhuaicphointe acu.
Sa turgnamh, rinne na léasair aithris ar na coinníollacha i lár an Ghrian trí iseatóip hidrigine troma, deoitéiriam agus tritiam, a chomhleá ina héiliam.
Ar dtús, cuireadh roinnt millíní hidrigine isteach i bhfeiste ar chomhmhéid le grán piobair, agus ansin baineadh úsáid as léasair léasair cumhachtach 192- chun an breosla hidrigine a théamh agus a chomhbhrú.
Nuair a théann na léasair isteach sa torus, buaileann siad na ballaí istigh agus cuireann siad faoi deara iad a astú X-ghathanna, ar féidir leo ansin é a théamh suas le 100 milliún céim Celsius - níos teo ná lár na gréine - agus é a chomhbhrú níos mó ná 100 billiún uair. brú atmaisféarach an Domhain.
Dhéanfadh léasair ardfhuinnimh plasmaiú ar dhromchla an bhloba, agus thitfeadh an chuid eile den ábhar lárnach, arna thiomáint ag tríú dlí Newton, i dtreo an ionaid ar deireadh agus thiocfadh sé as.
Ag am an inphléascadh, is féidir imoibriú slabhra - nó "adhainte" - a tharlaíonn má chuirtear an méid ceart teasa agus brú i bhfeidhm ar an millíní breosla, rud a scaoileann cuid mhór fuinnimh ansin.
Iontais innealtóireachta
Is éacht iontach san innealtóireacht agus sa teicneolaíocht é an Áis Adhaint Náisiúnta (NIF), a fhágann go bhfuil gach rud thuas indéanta.
D'oibrigh eolaithe ábhar agus fisiceoirí léasair le hinnealtóirí chun saoráid a dhearadh a chuimsigh 7,500 snáthoptaice mór, 26, 000 optaic bheag, agus níos mó ná 66,000 pointe rialaithe.
Tá na snáthoptaice agus na comhpháirteanna eile seo i thart ar 6,200 aonad modúlach casta ar a dtugtar Aonaid Athsholáthair Líne (LRUanna). Is féidir iad a athsholáthar go tapa nuair is gá chun oibriú leanúnach na háise a chinntiú.
Taistealaíonn an chuisle léasair NIF ciliméadar amháin agus tógann sé 4.5 mio-soicindí ón bhfoirmiú bíog tosaigh sa phríomhsheomra ascaltóra go dtí an sprioc a bhaint amach. Is é an difríocht ama chun lár an spriocsheomra a bhaint amach ná 30 picosecond le cruinneas 50 miocrón.
Is dúshlán ollmhór innealtóireachta é an cineál seo cobhsaíochta pointeála agus cruinneas iomlán a bhaint amach ar an sprioc, rud a éilíonn cobhsaíocht carraig-soladach an chórais tacaíochta optúla, suíomh beacht agus ailíniú na gcomhpháirteanna, agus córas ama ríomhairithe atá cruinn go docht.
Chun aghaidh a thabhairt ar na dúshláin seo, dearadh gach struchtúr a thacaíonn le scátháin agus lionsaí an NIF le fíor-chobhsaíocht i gcuimhne.
Rinne an fhoireann innealtóireachta ríomh go cúramach ar na héifeachtaí féideartha ar na comhpháirteanna léasair, na scátháin léasair de ghnáth, do gach foinse creathadh, lena n-áirítear caidéil, mótair agus claochladáin.
Through careful modeling, both vibration (>1Hz) agus sruth (<1Hz) were designed to be met. Test results show that the prototype beamline can perform at or better than the 50 micron requirement.
Ina theannta sin, chun a chinntiú nach raibh tionchar ag na comhpháirteanna beamline ar an seomra ceann léasair, d'úsáid an fhoireann teicnící tomhais cruinneas, rud a d'eascair líonra tomhais dian agus suíomh fisiceach rialaithe na gcomhpháirteanna beamline go léir. Bhí suímh na gclúdach bíomaí, na gcóras tacaíochta agus na spriocsheomraí uile cruinn go dtí ceathrú milliméadar.
Cuireadh an t-eolas seo ar fáil ansin don fhoireann dearaidh, a dhear an struchtúr le stiffness agus taise leordhóthanach araon ionas go gcomhlíonfadh freagairt an struchtúir ar chreathadh talún agus ar chreathadh ionchasach ón trealamh tógála na ceanglais chobhsaíochta iomlána.
Baineadh amach a chinntiú gur tháinig na 192 léas léasair ar fad laistigh de na 30 picosecond sonraithe trí chóras uainithe beachtas a úsáideann córas satailíte GPS a thugann an clog inmheánach cothrom le dáta i gcónaí. Déanann bogearraí agus crua-earraí comhtháite monatóireacht agus nuashonrú i gcónaí ar an am chun cruinneas a choinneáil.
Tá gach comhéadan meicniúil deartha chun caoinfhulaingt níos fearr ná 300 femtoseconds (trí trilliún de soicind), mar sin is féidir LRUanna a athrú ag am ar bith chun cruinneas uainiúcháin a choinneáil. Ina theannta sin, coinníonn clár rialaithe docht uainiú an chórais do gach LRU.
Mar sin féin, ní féidir linn comhleá núicléach a chur i bhfeidhm i ndáiríre maidir le giniúint cumhachta leis an ngléas seo fós.
Ach ar scála 60 bliain, tá dul chun cinn mór déanta ag an gcine daonna.
Don todhchaí, b'fhéidir go mbeimid in ann níos mó samhlaíochta a shealbhú.
