Ağustos 2022'de, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın (LLNL) Ulusal Ateşleme Tesisi'ndeki (NIF) bilim adamlarından oluşan ekip, 1,9 MJ lazer enerjisiyle 1,35 megajoule (MJ) füzyon enerjisi elde eden bir atış yaptığında, bu, füzyon yanmasına işaret eden, uzun-beklenen bilimsel bir buluştu.
Aynı yılın sonlarında başka bir eylemsiz füzyon (diğer adıyla lazer-güdümlü füzyon) deneyi sırasında bilim insanları, 2,05 MJ lazer enerjisiyle 3,15 MJ füzyon enerjisi elde etti ve ateşlemeyi başardı. Bu, laboratuvarda oluşturulan bir termonükleer füzyon reaksiyonuydu-ve 2030'lar ya da 2040'lara kadar karbonsuz{8}}lazer-güdümlü füzyon enerjisini şebekeye yerleştirmek için küresel bir yarışı başlattı.
SLAC'ın Yüksek Enerji Yoğunluğu Bilimi bölümü personel bilimcisi ve müdür yardımcısı Arianna Gleason, "NIF'nin eylemsiz füzyonun mümkün olduğunu ilk kez başarılı bir şekilde gösterdiğinde bu bir dönüm noktasıydı ve kilit nokta doğru türde yakıt-döteryum-trityum-'a sahip olmak ve onu kazanç (girilenden daha fazla enerji çıkışı) oluşturmak için sıkıştırıp kaynaştırmak için lazer kullanmaktır" diyor. "Bu, bir yıldızın yakıtını-bir laboratuvarda saniyenin çok küçük bir kısmı için beslemeye benziyor."
Ağustos 2022'de, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın (LLNL) Ulusal Ateşleme Tesisi'ndeki (NIF) bilim adamlarından oluşan ekip, 1,9 MJ lazer enerjisiyle 1,35 megajoule (MJ) füzyon enerjisi elde eden bir atış yaptığında, bu, füzyon yanmasına işaret eden, uzun-beklenen bilimsel bir buluştu.
Aynı yılın sonlarında başka bir eylemsiz füzyon (diğer adıyla lazer-güdümlü füzyon) deneyi sırasında bilim insanları, 2,05 MJ lazer enerjisiyle 3,15 MJ füzyon enerjisi elde etti ve ateşlemeyi başardı. Bu, laboratuvarda oluşturulan bir termonükleer füzyon reaksiyonuydu-ve 2030'lar ya da 2040'lara kadar karbonsuz{8}}lazer-güdümlü füzyon enerjisini şebekeye yerleştirmek için küresel bir yarışı başlattı.
SLAC'ın Yüksek Enerji Yoğunluğu Bilimi bölümü personel bilimcisi ve müdür yardımcısı Arianna Gleason, "NIF'nin eylemsiz füzyonun mümkün olduğunu ilk kez başarılı bir şekilde gösterdiğinde bu bir dönüm noktasıydı ve kilit nokta doğru türde yakıt-döteryum-trityum-'a sahip olmak ve onu kazanç (girilenden daha fazla enerji çıkışı) oluşturmak için sıkıştırıp kaynaştırmak için lazer kullanmaktır" diyor. "Bu, bir yıldızın yakıtını-bir laboratuvarda saniyenin çok küçük bir kısmı için beslemeye benziyor."
Lazer mimarisi füzyon için ilerliyor
NIF 1990'larda inşa edilmiştir ve zamanın lazer teknolojisine sahiptir. Glenzer, "Artık lazerleri 1990'larda yaptığımızdan çok daha verimli bir şekilde üretiyoruz. Teknolojimiz, saniyede çok sayıda atış füzyonu için ihtiyaç duyduğumuz tekrarlama oranlarında yüksek verimli lazerlere sahip olabileceğimiz bir noktaya kadar ilerledi" diyor Glenzer. "İlginçtir ki iPhone'ların içindeki mikroçipler, aslında lazer füzyon programından çıkan lazer teknolojisiyle üretiliyor. Bu, lazer füzyonun ilk ticari başarısıydı."
Füzyon topluluğu içinde lazer teknolojisi, geçmişte işe yarayan eski mimarilerden yavaş yavaş uzaklaşıyor-flaş lambası-pompalanan veya flaş lambası-tabanlı lazerler "çok güçlü bir iş gücüydü", diyor Gleason. "Fakat daha verimli olanlara ihtiyacımız var, bu yüzden diyot-pompalanan katı-hal lazerlerini (DPSSL'ler) kullanıyoruz."
Bu, DPSSL lazerlere yönelik tedarik zincirinin oluşturulması gerektiği anlamına geliyor çünkü herkes gerekli testler için IFE standart lazer platformuna doğru ilerliyor. "Fiber-birleşik lazerler, ışığı bir konumdan diğerine taşımak için kullanılan yöntemlerden biridir ve telekomünikasyon şirketleri tarafından her yerde kullanılır, ancak füzyon topluluğu mevcut nesil lazer mimarilerinden yararlanmaya çalışırken ve biz daha büyük lazerler ürettikçe, işlerin nasıl soğutulduğu konusunda daha dikkatli olmamız gerekiyor. Bu, şirketler için bir inovasyon alanıdır" diyor Gleason.
Gleason, Excimer lazerlerin gazı araç olarak kullandığını ve "savunma Bakanlığı (DoD) ile yönlendirilmiş-enerji silahları konusunda güçlü bir geçmişe sahip olduklarını" söylüyor. "Bu aynı zamanda füzyon konseptinin de temelidir. Onlarca yıllık fizik ve çalışmalara dayanan excimer lazerlerde büyük ilerleme kaydediliyor. Böyle güçlü bir lazere-belki daha küçük bir ayak iziyle veya daha iyi verimlilikle sahip olmak için ilerleme kaydediyoruz. Bu kadar büyük bir lazer yapısını nasıl soğutursunuz? Bunlar özel şirketlerin kendi gizli soslarını geliştirebilecekleri yerlerdir."
STARFIRE ve RISE füzyon merkezleri
STARFIRE füzyon merkezi, lazerle-güdümlü füzyon enerjisini ticarileştirmek için LLNL ve SLAC tarafından yönetiliyor. Odak noktası yüksek-kazançlı hedef tasarımları, hedef üretimi ve DPSSL'lerdir. Üyeler arasında MIT; Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley; Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles; Kaliforniya Üniversitesi, San Diego; Oklahoma Üniversitesi; Rochester Üniversitesi; Teksas A&M; Fraunhofer Lazer Teknolojisi Enstitüsü; Livermore Laboratuvar Vakfı; Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı; Savannah Nehri Ulusal Laboratuvarı; Odaklı Enerji A.Ş.; Genel Atom; Leonardo Electronics ABD; Longview Fusion Enerji Sistemleri A.Ş.; TRUMPF; ve Xcimer Energy Corp.
Ekibin SLAC'taki lazer laboratuvarlarına erişimi var, dolayısıyla kapsül malzemelerini veya füzyon yakıtını araştırmak ve sorgulamak için ABD'deki tek x-ışınsız-elektron lazeri (XFEL) olan Linac Tutarlı Işık Kaynağını (LCLS) kullanma fırsatına sahipler. 120 Hz'de çalışıyor ancak yakında megahertz'de de çalışacak.
"SLAC'deki deneylerimizde aynı anda iki lazer kullanıyoruz. Uzun-darbeli bir lazer, numuneye şok dalgaları gönderiyor ve ardından fizik modellerimizi geliştirmek için en küçük uzunluk ve zaman ölçeklerinde neler olduğunu görmek için LCLS ile onu inceliyoruz" diyor Gleason. "Fizik modelimizin doğru olup olmadığını kıyaslamak için elmaları elmalarla karşılaştırmamız gerekiyor. Bu sadece ulusal laboratuvarların ihtiyaçlarını desteklemekle kalmıyor, aynı zamanda özel şirketlere konseptlerinin bir kısmının işe yarayıp yaramayacağını (örneğin, hedef etkileşimlerini nasıl simüle ettiklerini) tahmin etmeleri için bir yol sağlıyor. Ve biz de bu kritik verileri, farklı lazer ve cihaz platformlarına erişimimizi kullanarak onlara sağlıyoruz."
Diğer bir merkez olan RISE, SLAC ve Colorado Eyalet Üniversitesi tarafından yönetiliyor ve Cornell Üniversitesi, Illinois Üniversitesi, Texas A&M, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı, Deniz Araştırma Laboratuvarı'ndan uzmanların yanı sıra lazer sürücüye farklı yaklaşımlar üzerinde çalışan özel şirketlerden ({0}}Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion ve General Atomics-) oluşuyor.
Glenzer "Hepsinin inandırıcı bir yaklaşımı var" diyor. "Ancak tek bir şirket tüm bunları gerçekleştirmeye çalışmıyor-bu bir topluluk ve ülke çapında bir füzyon merkezi. Araştırmacılar teknolojileri ilerletmeye çalışıyor ve biz de 2030'lara kadar araştırma ve teknoloji açıklarını kapatmaya çalışmak için birbirimizden öğreniyoruz."
Yatırımcılar Glenzer'e sık sık hangi füzyon şirketini desteklemesi gerektiğini soruyor. "Bazı lazer şirketleri, savunma alanındaki dronları düşürmek için lazerler sunarak çok daha erken para kazanabiliyor" diyor. "Fakat yatırımcılar bu fikirden pek hoşlanmıyorlar çünkü sadece füzyon ve elektriğe hizmet veren bir piyasa istiyorlar. Aslında bu şirketlerin elektrik satabilmek için füzyon yapmalarını istiyorlar. Füzyonu gerçekleştirmeye bu kadar odaklanmış olmaları gerçekten ilginç."
Gleason, füzyon topluluğu "füzyon şirketlerinin yalnızca demo pilot planlarını oluşturmak için değil, aynı zamanda-uzun vadeli bir reaktör filosuna sahip olmak için gereken kaynaklara sahip olmaları için gereken tedarik zinciri gereksinimlerinin fazlasıyla farkında" diyor. "Yerel bir tedarik zinciri oluşturmak için ham maddeleri nereden temin edebileceğimiz ve daha sonra ABD genelinde üretilen bileşenleri nereden alabileceğimiz açısından bu çok yönlü bir yaklaşım. Bu çok önemli."
Füzyon pilot tesisi için 2030'lar mı yoksa 2040'lar mı?
Lazer-odaklı füzyonun 2030'larda şebekeye yerleştirilmesine daha da yaklaşmak için kamu{0}özel sektör ortaklıkları ve finansman çok önemli.
Gleason, "Görevimiz öncelikle füzyon endüstrisinin/özel şirketlerin ihtiyaç duyduğu kritik teknolojiyi desteklemek ve küçümsemektir" diyor. "Ancak bazı şirketler bunun 2030'larda olmasını beklediklerini söylüyor."
ABD Enerji Bakanlığı 2030'lu yıllar için bir hedef belirledi. Glenzer, "Bu, bazıları 2030'ların ortalarına kadar tüm teknoloji ve araştırma teknolojisi açıklarını kapatmak ve ardından bir pilot tesis inşa etmek istediğimiz anlamına geliyor" diyor. "Bu aslında ne kadar para yatırıldığına bağlı, ancak 2030'ların sonlarında veya 2040'ların başlarında bir pilot tesis beklemek gerçekçi."
