Lawrence Livermore National Laboratoryn (LLNL) tutkijat ovat saavuttaneet fuusio sytytys ja energia nollatulos. 5. päivänäth Joulukuussa 2022 tutkimusryhmä suoritti kontrolloidun fuusiokokeen laserilla, kun 192 lasersädettä toimittivat yli 2 miljoonaa joulea UV-energiaa pieneen polttoainepellettiin kryogeenisessä kohdekammiossa ja saavuttivat energiakatkon, eli fuusiokoe tuotti enemmän energiaa kuin jonka laser antaa sen ohjaamiseen. Tämä läpimurto saavutettiin ensimmäistä kertaa historiassa vuosikymmenien kovan työn jälkeen. Tämä on virstanpylväs tieteessä, ja sillä on merkittäviä vaikutuksia puhtaan fuusioenergian tulevaisuuden näkymiin kohti nollahiilitaloutta, ilmastonmuutoksen torjuntaan ja ydinvoiman pelotteen ylläpitämiseen turvautumatta ydinkokeisiin kansallisen puolustuksen alalla. Aiemmin, 8thElokuussa 2021 tutkimusryhmä oli saavuttanut fuusion syttymisrajan. Kokeilu oli tuottanut enemmän energiaa kuin mikään muu aiempi fuusiokoe, mutta energiakattoa ei saavutettu. Viimeisin kokeilu suoritettiin 5th Joulukuu 2022 on saavuttanut energiakatkoksen, mikä on todiste siitä, että hallittua ydinfuusiota voidaan hyödyntää energiatarpeiden tyydyttämiseksi. Käytännön kaupallinen fuusioenergiasovellus voi olla vielä hyvin kaukana.
ydin- reaktiot tuottavat suuria määriä energiaa, jotka vastaavat menetettyä massaa massa-energia-symmetriayhtälön E=MC mukaan2 Einsteinista. Fissioreaktioita, joihin liittyy ydinpolttoaineen ytimien (radioaktiivisten alkuaineiden, kuten uraani-235) hajoamista, käytetään tällä hetkellä ydinreaktoreissa sähkön tuottamiseen. Ydinfissioon perustuviin reaktoreihin liittyy kuitenkin suuria riskejä ihmisille ja ympäristölle, kuten Tšernobylin tapauksessa käy ilmi, ja ne ovat tunnettuja vaarallisten radioaktiivisten jätteiden tuottamisesta, joilla on erittäin pitkä puoliintumisaika ja joita on erittäin vaikea hävittää.
Luonnossa tähdet kuten aurinkomme, ydinfuusio Pienten vetyytimien yhdistäminen on energiantuotantomekanismi. Ydinfuusio, toisin kuin ydinfissio, vaatii erittäin korkeaa lämpötilaa ja painetta, jotta ytimet voivat sulautua yhteen. Tämä äärimmäisen korkean lämpötilan ja paineen vaatimus täyttyy auringon ytimessä, jossa vetyytimien fuusio on avainmekanismi energiantuotannossa, mutta näiden äärimmäisten olosuhteiden uudelleen luominen maan päällä ei ole toistaiseksi ollut mahdollista kontrolloidussa laboratoriotilassa, ja sen seurauksena ydinfuusioreaktorit eivät ole vielä todellisuutta. (Hallitsematon lämpöydinfuusio äärimmäisessä lämpötilassa ja paineessa, joka syntyy fissiolaitteen laukaisemisesta, on vetyaseen periaate).
Arthur Eddington ehdotti ensimmäisen kerran jo vuonna 1926, että tähdet saavat energiansa vedyn fuusiosta heliumiksi. Ensimmäinen suora ydinfuusion esittely tehtiin laboratoriossa vuonna 1934, kun Rutherford osoitti deuteriumin fuusion heliumiksi ja havaitsi, että prosessin aikana syntyi valtava vaikutus. Ottaen huomioon sen valtavan potentiaalin tarjota rajattomasti puhdasta energiaa, tiedemiehet ja insinöörit ympäri maailmaa ovat tehneet yhteisiä ponnisteluja ydinfuusion jäljittelemiseksi maan päällä, mutta se on ollut ylämäkeen vaikea tehtävä.
Äärimmäisissä lämpötiloissa elektronit erottuvat ytimistä ja atomeista tulee ionisoitunutta kaasua, joka koostuu positiivisista ytimistä ja negatiivisista elektroneista, mitä kutsumme plasmaksi, joka on miljoonasosa kertaa ilmaa tiheämpi. Tämä tekee fuusio ympäristö erittäin heikko. Jotta ydinfuusio voisi tapahtua sellaisessa ympäristössä (joka voisi tuottaa huomattavan määrän energiaa), kolmen edellytyksen on täytyttävä; lämpötilan tulee olla erittäin korkea (joka voi aiheuttaa suurienergisiä törmäyksiä), plasman tiheyden tulee olla riittävä (törmäysten todennäköisyyden lisäämiseksi) ja plasman (jolla on taipumus laajentua) tulee olla rajoitettu riittävän pitkäksi ajaksi mahdollista fuusio. Tämä tekee infrastruktuurin ja teknologian kehittämisestä kuuman plasman hillitsemiseksi ja hallitsemiseksi avainasemassa. Voimakkaita magneettikenttiä voitaisiin käyttää plasman käsittelyyn, kuten ITERin Tokamakin tapauksessa. Plasman inertiarajoitus on toinen lähestymistapa, jossa raskailla vetyisotoopeilla täytetyt kapselit räjäytetään käyttämällä korkean energian lasersäteitä.
Fuusiotutkimukset suoritettu klo Lawrence NIF:n Livermoren kansallinen laboratorio (LLNL) käytti laserohjattua imploiotekniikkaa (inertiaalinen fuusio). Periaatteessa millimetrin kokoisia deuteriumilla ja tritiumilla täytettyjä kapseleita räjäytettiin suuritehoisilla lasereilla, jotka tuottavat röntgensäteitä. Kapseli kuumenee ja muuttuu plasmaksi. Plasma kiihtyy sisäänpäin luoden äärimmäisiä paine- ja lämpötilaolosuhteita, kun kapselissa olevat polttoaineet (deuterium- ja tritiumatomit) sulautuvat yhteen, vapauttaen energiaa ja useita hiukkasia, mukaan lukien alfahiukkasia. Vapautuneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa ympäröivän plasman kanssa ja kuumentavat sitä entisestään, mikä johtaa useampaan fuusioreaktioon ja lisää "energiaa ja hiukkasia", mikä muodostaa itseään ylläpitävän fuusioreaktioiden ketjun (kutsutaan "fuusiosytykseksi").
Fuusiotutkimusyhteisö on yrittänyt useita vuosikymmeniä saavuttaa "fuusiosytytyksen"; itseään ylläpitävä fuusioreaktio. 8th Elokuussa 2021 Lawrence Laboratory -tiimi saavutti "fuusiosytytyksen" kynnyksen, jonka he saavuttivat 5.th Joulukuu 2022. Tänä päivänä hallitusta fuusiosytytyksestä Maan päällä tuli todellisuutta – tieteen virstanpylväs saavutettu!
***
