Após décadas de pesquisa de fusão de confinamento inercial, um rendimento de mais de 1,3 megajoules (MJ) foi alcançado no National Ignition Facility (NIF) do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) pela primeira vez em 8 de agosto de 2021, colocando os pesquisadores no limite de ganho de fusão e alcançar a ignição científica.
No aniversário de um ano dessa conquista histórica, os resultados científicos desse experimento recorde foram publicados em três artigos revisados ​​por pares:um em Physical Review Letters e dois em Revisão Física E . Mais de 1.000 autores estão incluídos em uma das Cartas de Revisão Física documento para reconhecer e reconhecer os muitos indivíduos que trabalharam ao longo de muitas décadas para permitir este avanço significativo.

"O tiro recorde foi um grande avanço científico na pesquisa de fusão, que estabelece que a ignição por fusão no laboratório é possível no NIF", disse Omar Hurricane, cientista-chefe do programa de fusão de confinamento inercial do LLNL. “Alcançar as condições necessárias para a ignição tem sido um objetivo de longa data para todas as pesquisas de fusão de confinamento inercial e abre o acesso a um novo regime experimental onde o autoaquecimento de partículas alfa supera todos os mecanismos de resfriamento no plasma de fusão”.

Os artigos descrevem, em detalhes, os resultados de 8 de agosto de 2021 e o projeto associado, melhorias e medições experimentais. O físico do LLNL Alex Zylstra, principal experimentalista e primeiro autor do experimental Physical Review E artigo, observou que em 2020 e no início de 2021 o Laboratório realizou experimentos no regime de "plasma em chamas" pela primeira vez, o que preparou o cenário para o tiro recorde.

“A partir desse design, fizemos várias melhorias para chegar à foto de 8 de agosto de 2021”, disse ele. "Melhorias no design da física e na qualidade do alvo ajudaram a levar ao sucesso do tiro de agosto, que é discutido na Physical Review E papéis."

Esse experimento incorporou algumas mudanças, incluindo um design de destino aprimorado. "Reduzir o tempo de inércia com hohlraums mais eficientes em comparação com experimentos anteriores foi fundamental para alternar entre o plasma em chamas e os regimes de ignição", disse a física do LLNL Annie Kritcher, designer-chefe e primeira autora do outro Physical Review E papel. "As outras mudanças principais foram a melhoria da qualidade da cápsula e um tubo de abastecimento de combustível menor."

Desde o experimento em agosto passado, a equipe vem executando uma série de experimentos para tentar repetir o desempenho e entender as sensibilidades experimentais nesse novo regime.

"Muitas variáveis ​​podem afetar cada experimento", disse Kritcher. "Os 192 feixes de laser não funcionam exatamente da mesma forma de tiro para tiro, a qualidade dos alvos varia e a camada de gelo cresce com rugosidades diferentes em cada alvo. Esses experimentos forneceram uma oportunidade para testar e entender a variabilidade inerente a este novo e sensível regime experimental”.

Embora as tentativas repetidas não tenham atingido o mesmo nível de rendimento de fusão do experimento de agosto de 2021, todas elas demonstraram ganho de cápsula maior que a unidade com rendimentos na faixa de 430-700 kJ, significativamente maior que o maior rendimento anterior de 170 kJ de fevereiro 2021. Os dados obtidos com esses e outros experimentos estão fornecendo pistas cruciais sobre o que deu certo e quais mudanças são necessárias para repetir esse experimento e superar seu desempenho no futuro. A equipe também está utilizando os dados experimentais para entender melhor os processos fundamentais de ignição por fusão e queima e para aprimorar as ferramentas de simulação em apoio à administração de estoques.

Olhando para o futuro, a equipe está trabalhando para alavancar os dados experimentais acumulados e simulações para avançar em direção a um regime mais robusto – além do penhasco de ignição – onde as tendências gerais encontradas neste novo regime experimental podem ser melhor separadas da variabilidade nos alvos e no desempenho do laser.

Esforços para aumentar o desempenho e a robustez da fusão estão em andamento por meio de melhorias no laser, melhorias nos alvos e modificações no design que melhoram ainda mais a entrega de energia ao ponto quente, mantendo ou até aumentando a pressão do ponto quente. Isso inclui melhorar a compressão do combustível de fusão, aumentar a quantidade de combustível e outras vias.

"É extremamente emocionante ter uma 'prova de existência' de ignição no laboratório", disse Hurricane. "Estamos operando em um regime que nenhum pesquisador acessou desde o fim dos testes nucleares, e é uma oportunidade incrível de expandir nosso conhecimento à medida que continuamos a progredir". + Explorar mais

Pesquisadores à beira da ignição por fusão no National Ignition Facility