由洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)領導的研究小組與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)合作,在新診斷平臺實驗中成功實現聚變點火。
洛斯阿拉莫斯物理學家、洛斯阿拉莫斯國家實驗室慣性約束聚變項目聯合主任約瑟夫·斯密特稱:“這是一項改變游戲規則的突破,推動了聚變科學和3D建模能力的發展。”
此次實驗于6月22日在國家點火裝置(NIF)進行,證實即便對系統修改以允許X射線逸出用于測量,仍可實現點火。試驗產生了2.4±0.09兆焦耳的聚變能量,還產生了自持反饋回路“燃燒等離子體”。
該實驗是洛斯阿拉莫斯國家實驗室薄化黑腔優化Radflow(THOR)窗口系統的首次運行測試。此系統旨在為其他科學應用提供高通量X射線源,主要用于研究材料對極端輻射環境的響應。斯密特表示,這表明設計能很好創造聚變點火條件,可解決關鍵庫存管理問題。
在標準NIF實驗中,激光發射到鍍金圓柱體或黑腔中,內有氘和氚燃料小盒。激光在黑腔內產生均勻X射線,使燃料艙對稱內爆引發聚變。THOR設計通過加入窗口修改標準黑腔,讓部分X射線能離開腔室,逃逸的X射線可用于照射測試材料,助科學家研究輻射流和能量吸收。
設計THOR黑腔的主要科學挑戰是控制其固有能量損失和潛在不對稱性,因為聚變點火過程對內爆能量平衡高度敏感,引入窗口會為X射線能量創建出口路徑,可能破壞壓縮燃料艙所需的均勻性。洛斯阿拉莫國家實驗室物理學家布萊恩·海恩斯指出,點火艙內爆極其敏感,任何能量損失或擾動都可能阻止點火。此次實驗成功驗證了用于設計平臺和補償修改的高保真計算機模擬。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室于2022年首次實現點火并隨后復制,這次實驗則是擴大點火平臺應用的重要一步。實驗室物理學家兼THOR活動負責人Ryan Lester總結,此次實驗是驗證高保真模擬的關鍵一步,證明改造THOR平臺也能實現點火規模性能。
隨著THOR概念可行性得到驗證,研究人員計劃繼續開發。未來工作將重點改進窗口提升透明度,設計可連接黑腔的實驗裝置,以便收集等離子體條件下的材料特性數據,這在以往實驗室環境下無法實現。