capsula combustibilAprinderea reacţiei de fuziune nucleară, procesul de eliberare a energiei de fuziune care este mai mare decât cantitatea de energie utilizată pentru confinarea combustibilului, a fost considerată de mult timp „Sfântul Graal" pentru procedeul de confinare inerţială a combustibilului nuclear.

 

 

Un deziderat important pentru aprinderea reacţiei de fuziune nucleară este acela de a se obţine un „câştig de energie pe combustibil" mai mare decât unitatea, caz în care energia generată prin intermediul reacţiilor de fuziune depășește cantitatea de energie absorbită de combustibilul de fuziune.

Cilindrul metalic
Cilindrul metalic care conţine capsula cu combustibil. Credit: Dr. Eddie Dewald (LLNL).


Deşi aprinderea reacţiei de fuziune reprezintă scopul final, condiţia de a se obţine un câştig de energie pe combustibil mai mare decât energia absorbită de acesta a fost îndeplinită pentru prima dată în cadrul proiectul de cercetare ştiinţifică NIF. Într-o lucrare publicată în data de 12 februarie 2014 în ediţia online a revistei Nature cercetătorii de la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) au detaliat o serie de experimente ce au fost realizate în cadrul National Ignition Facility (NIF) şi care au indicat o îmbunătăţire cu mai multe ordine de mărime a randamentului obţinut în comparaţie cu ultimele experimente desfăşurate aici.



„Ceea ce este cu adevărat interesant este că am observat o creștere continuă a randamentului ce a provenit de pe urma procesului de iniţiere al reacţiei de fuziune şi pe care noi îl numim „auto-încălzire cu ajutorul particulelor alfa" şi care ne-a permis să facem ca implozia să fie un pic mai puternică de fiecare dată", a spus Omar Hurricane, autorul principal al lucrării recent publicate.

Acest proces rezultă atunci când particulele alfa, nuclee de heliu ce rezultă în procesul de fuziune al deuteriului şi tritiului, îşi transferă energia în combustibilul nuclear, în loc să evadeze. Particulele alfa încălzesc mai mult combustibilul, ceea ce determină creşterea ratei reacţiilor de fuziune care generează astfel mai multe particule alfa. Acest proces de feedback reprezintă mecanismul care conduce la aprinderea reacţiei de fuziune. Aşa cum s-a anunţat în revista Nature, acest proces a fost demonstrat printr-o serie de experimente în care randamentul fuziunii a fost sistematic mărit cu mai mult de 10 ori în comparaţie cu încercările anterioare.

Capsula de combustibil
Capsula de combustibil din interiorul cilindrului metalic. Credit: Dr. Eddie Dewald (LLNL)


Experimentele care s-au desfăşurat cu această ocazie au fost concepute cu mare atenţie pentru a se evita spargerea carcasei de plastic care conţine combustibilul DT (deuteriu-tritiu) pe măsură ce aceasta este comprimată. S-a emis ipoteza că spargerea acesteia a reprezentat cauza obţinerii unor randamente slabe în cadrul experimentelor desfăşurate anterior. Prin varierea puterii pulsului laser utilizat pentru a comprima combustibilul, instabilitatea care provoca comprimarea neuniformă a carcasei de combustibil şi eventual spargerea acesteia a fost eliminată. Randamentele ridicate care au fost obţinute ulterior au confirmat ipoteza de lucru şi au demonstrat debutul reacţiei de fuziune.

Rezultatele experimentale au confirmat simulările computerizate mult mai bine decât în cazul experimentelor anterioare, acestea reprezentând un important punct de reper pentru modelele computerizate utilizate pentru a prezice comportamentul materiei în condiţii similare celor generate în timpul unei explozii nucleare, acesta fiind un obiectiv principal pentru NIF.

Misiunea de bază a NIF este de a oferi date experimentale pentru National Nuclear Security Administration prin intermediul Stockpile Stewardship Program. Acest experiment reprezintă un reper important în ceea ce priveşte demonstrarea faptului că armele nucleare pot fi păstrate în condiţii optime de siguranţă şi de fiabilitate fără a se apela la teste nucleare în acest sens. Fizica implicată în procesul de aprindere al reacţiei nucleare şi în randamentul cu care se desfăşoară aceasta joacă, de asemenea, un rol cheie în problemele fundamentale din ştiinţă, precum şi în ceea ce priveşte potenţialele aplicaţii ale acestei energii.

„Mai există multe lucruri de făcut pentru a rezolva problemele cu care ne confruntăm înainte de a putea spune că am ajuns la capăt", a spus Hurricane, „dar echipa noastră lucrează pentru a aborda toate provocările pe care le întâmpinăm şi asta este ceea ce o echipă de ştiinţă trebuie să facă".



Traducere de Cristian-George Podariu după nif-gain-fusion-fuel, cu acordul Phys.org.