Naučnici su u eksperimentima vođenim u Lawrence Berkeley Lab-u uz podršku Univerziteta Mičigen koristili višekanalsku snimajuću tehniku kako bi zabeležili najdetaljniji prikaz laserski pokretanih šok-talasa. Otkriven je neočekivano tanak sloj vodene pare koji poboljšava ravnomernu kompresiju — efekat koji prethodne simulacije nisu predvidele. Rezultati mogu dovesti do preciznijih modela i boljih dijagnostičkih metoda, važnih za budući razvoj fuzione energije.
Naučnici zabeležili najdetaljniji prikaz šok-talasa koji pokreću lasersku fuziju — otkriven tanak sloj pare
Photo Credit: iStock
Naučnici su napravili važan korak ka boljem razumevanju procesa koji stoje iza laserski inicirane nuklearne fuzije: uspeli su da zabeleže najdetaljniji prikaz šok-talasa koji kompresuju materijal i mogu pokrenuti fuziju.
Eksperiment i metoda
Rad, objavljen u Nature Communications, vodio je Univerzitet Mičigen u okviru programa Ministarstva energetike SAD-a LaserNetUS, a eksperimenti su izvedeni u Lawrence Berkeley National Laboratory. Istraživači su primenili naprednu višekanalsku („multi-messenger“) snimajuću tehniku koja kombinuje X-zrake i visokoenergetske snopove elektrona kako bi u visokoj vremenskoj rezoluciji prikazali ponašanje šok-talasa.
Kako je izveden eksperiment
Umesto aktivnog fuzionog goriva, tim je koristio izuzetno tanak, kontinuirani mlaz vode kao sigurni modelni materijal. Sinhronizovani laserski impulsi pogodili su taj mlaz i proizveli šok-talase. Kombinacijom rendgenskih snimaka i snopova elektrona istraživači su snimili visokobrzinski „film“ događaja u bilionitim (10−12) delovima sekunde, čime su dobili uvid u krajnje brze i sitne dinamičke procese plazme.
Glavni nalazi
Najvažnije otkriće bilo je prisustvo vrlo tankog sloja vodene pare oko mlaza koji je — neočekivano — pomogao u ujednačavanju kompresije materijala. Takav sloj po ponašanju podseća na niskogustoćne pene koje se ponekad koriste na spoljnim slojevima ciljeva za inerciono zatvaranje fuzije da bi se poboljšala simetrija udarca. Prethodne računarske simulacije nisu jasno predvidele ovaj efekat.
„Svaki put kad bismo pogledali X-zraku, iznenadili bismo se,“ rekao je Hai-En Tsai iz Berkeley Lab-a. „Simulacije su se značajno razlikovale od onoga što smo zapravo videli.“
„Hteo sam da pokažemo da X-zraci proizvedeni izuzetno intenzivnim laserima imaju jedinstvena svojstva koja nam omogućavaju da zabeležimo 'film' izuzetno brzih kretanja plazme,“ izjavio je Alec Thomas iz Univerziteta Mičigen.
Implikacije i naredni koraci
Otkrivanje razlika između realnih opažanja i simulacija daje istraživačima priliku da unaprede modele i dijagnostiku, što je ključno za povećanje efikasnosti i stabilnosti procesa potrebnih za komercijalnu fuziju. Iako je primena fuzije u energetskom sistemu i dalje udaljena nekoliko godina, ovakvi eksperimenti su važni jer smanjuju neizvesnost i pomažu da se otkriju neočekivani fizički mehanizmi.
Fuzija potencijalno nudi gotovo neiscrpnu, niskougljeničnu energiju sa manje dugotrajnog radioaktivnog otpada od današnjih nuklearnih elektrana. Međutim, pre nego što postane praktično rešenje za snabdevanje električnom energijom, potrebno je još mnogo tehničkih i ekonomskih unapređenja. U međuvremenu, fuzija bi mogla da dopuni obnovljive izvore poput vetra i Sunca u budućem energentskom miksu.
Napomena: studija naglašava važnost naprednih mernih tehnika i preciznih simulacija kako bi se bolje razumeli ključni procesi u laserski vođenoj fuziji.
Pomozite nam da budemo bolji.
