由洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)领导的研究小组与劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)合作,在新诊断平台实验中成功实现聚变点火。
洛斯阿拉莫斯物理学家、洛斯阿拉莫斯国家实验室惯性约束聚变项目联合主任约瑟夫·斯密特称:“这是一项改变游戏规则的突破,推动了聚变科学和3D建模能力的发展。”
此次实验于6月22日在国家点火装置(NIF)进行,证实即便对系统修改以允许X射线逸出用于测量,仍可实现点火。试验产生了2.4±0.09兆焦耳的聚变能量,还产生了自持反馈回路“燃烧等离子体”。
该实验是洛斯阿拉莫斯国家实验室薄化黑腔优化Radflow(THOR)窗口系统的首次运行测试。此系统旨在为其他科学应用提供高通量X射线源,主要用于研究材料对极端辐射环境的响应。斯密特表示,这表明设计能很好创造聚变点火条件,可解决关键库存管理问题。
在标准NIF实验中,激光发射到镀金圆柱体或黑腔中,内有氘和氚燃料小盒。激光在黑腔内产生均匀X射线,使燃料舱对称内爆引发聚变。THOR设计通过加入窗口修改标准黑腔,让部分X射线能离开腔室,逃逸的X射线可用于照射测试材料,助科学家研究辐射流和能量吸收。
设计THOR黑腔的主要科学挑战是控制其固有能量损失和潜在不对称性,因为聚变点火过程对内爆能量平衡高度敏感,引入窗口会为X射线能量创建出口路径,可能破坏压缩燃料舱所需的均匀性。洛斯阿拉莫国家实验室物理学家布莱恩·海恩斯指出,点火舱内爆极其敏感,任何能量损失或扰动都可能阻止点火。此次实验成功验证了用于设计平台和补偿修改的高保真计算机模拟。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室于2022年首次实现点火并随后复制,这次实验则是扩大点火平台应用的重要一步。实验室物理学家兼THOR活动负责人Ryan Lester总结,此次实验是验证高保真模拟的关键一步,证明改造THOR平台也能实现点火规模性能。
随着THOR概念可行性得到验证,研究人员计划继续开发。未来工作将重点改进窗口提升透明度,设计可连接黑腔的实验装置,以便收集等离子体条件下的材料特性数据,这在以往实验室环境下无法实现。