Ilmuwan Mendemonstrasikan “Bumi” Fusi yang Efektif dalam Eksperimen Terobosan
Pemandangan dari dalam ruang target OMEGA selama eksperimen fusi inersia penggerak langsung di Laboratorium Energi Laser Universitas Rochester. Para ilmuwan menembakkan 28 kilojoule energi laser ke kapsul kecil yang berisi bahan bakar deuterium dan tritium, menyebabkan kapsul tersebut meledak dan menghasilkan plasma yang cukup panas untuk memulai reaksi fusi antar inti bahan bakar. Suhu yang dicapai di pusat ledakan ini mencapai 100 juta derajat Celcius (180 juta derajat Fahrenheit). Kecepatan terjadinya ledakan biasanya antara 500 dan 600 kilometer per detik (1,1 hingga 1,35 juta mil per jam). Tekanan di inti bumi mencapai 80 miliar kali lebih besar dari tekanan atmosfer. Kredit: Foto Laboratorium Energi Laser Universitas Rochester / Eugene Kowaluk
Metode yang dirintis menggunakan sistem laser OMEGA dari Laboratory for Laser Energetics menunjukkan potensi memicu fusi dalam skala yang lebih besar.
Para peneliti di Laboratorium Energi Laser (LLE) Universitas Rochester telah memimpin eksperimen yang menunjukkan “busi” yang efisien untuk pendekatan penggerak langsung ke fusi kurungan inersia (ICF). Dalam sepasang penelitian yang ditampilkan di Fisika Alamtim membagikan temuan mereka dan merinci potensi untuk meningkatkan metode ini, yang bertujuan untuk keberhasilan fusi di fasilitas masa depan.
LLE adalah program Departemen Energi AS yang berbasis di universitas terbesar dan menjadi tuan rumah bagi sistem laser OMEGA, yang merupakan laser akademis terbesar di dunia tetapi masih hampir seperseratus energi dari National Ignition Facility (NIF) di Lawrence Livermore National Laboratory di Kalifornia. Dengan OMEGA, para ilmuwan Rochester menyelesaikan beberapa upaya yang berhasil untuk menembakkan 28 kilojoule energi laser pada kapsul kecil yang berisi bahan bakar deuterium dan tritium, menyebabkan kapsul tersebut meledak dan menghasilkan ledakan. plasma cukup panas untuk memulai reaksi fusi antara inti bahan bakar. Eksperimen tersebut menyebabkan reaksi fusi yang menghasilkan lebih banyak energi daripada jumlah energi di pusat plasma panas.
Eksperimen OMEGA menggunakan penerangan laser langsung pada kapsul dan berbeda dari pendekatan penggerak tidak langsung yang digunakan pada NIF. Saat menggunakan pendekatan penggerak tidak langsung, sinar laser diubah menjadi sinar-X yang pada gilirannya mendorong ledakan kapsul. NIF menggunakan penggerak tidak langsung untuk menyinari kapsul dengan sinar-X menggunakan sekitar 2.000 kilojoule energi laser. Hal ini menghasilkan terobosan pada tahun 2022 di NIF dalam mencapai penyalaan fusi—reaksi fusi yang menghasilkan perolehan energi bersih dari target.
Prestasi dan Prospek Masa Depan
“Menghasilkan lebih banyak energi fusi daripada kandungan energi internal tempat terjadinya fusi merupakan ambang batas yang penting,” kata penulis utama makalah pertama Connor Williams ’23 Ph.D. (fisika dan astronomi), sekarang menjadi staf ilmuwan di Sandia National Labs di bidang radiasi dan desain target ICF. “Itu adalah persyaratan penting untuk apa pun yang ingin Anda capai di kemudian hari, seperti membakar plasma atau mencapai penyalaan.”
Dengan menunjukkan bahwa mereka dapat mencapai tingkat kinerja ledakan ini hanya dengan energi laser 28 kilojoule, tim Rochester sangat antusias dengan prospek penerapan metode penggerak langsung pada laser dengan energi lebih besar. Mendemonstrasikan busi merupakan langkah penting, namun OMEGA terlalu kecil untuk memampatkan bahan bakar yang cukup untuk menyalakan api.
“Jika pada akhirnya Anda dapat membuat busi dan mengompres bahan bakar, penggerak langsung memiliki banyak karakteristik yang menguntungkan untuk energi fusi dibandingkan dengan penggerak tidak langsung,” kata Varchas Gopalaswamy ’21 Ph.D. (teknik mesin), ilmuwan LLE yang memimpin studi kedua yang mengeksplorasi implikasi penggunaan pendekatan penggerak langsung pada laser kelas megajoule, serupa dengan ukuran NIF. “Setelah hasil OMEGA ditingkatkan menjadi beberapa megajoule energi laser, reaksi fusi diperkirakan akan berlangsung secara mandiri, suatu kondisi yang disebut ‘pembakaran plasma’.”
Gopalaswamy mengatakan bahwa ICF penggerak langsung adalah pendekatan yang menjanjikan untuk mencapai pengapian termonuklir dan energi bersih dalam fusi laser.
Inovasi dan Kolaborasi Teknologi
“Faktor utama yang berkontribusi terhadap keberhasilan eksperimen baru-baru ini adalah pengembangan metode desain ledakan baru berdasarkan prediksi statistik dan divalidasi oleh pembelajaran mesin algoritma,” kata Riccardo Betti, kepala ilmuwan LLE dan Profesor Robert L. McCrory di Departemen Teknik Mesin dan Departemen Fisika dan Astronomi. “Model prediktif ini memungkinkan kami mempersempit kumpulan kandidat desain yang menjanjikan sebelum melakukan eksperimen yang berharga.”
Referensi:
“Demonstrasi Perolehan Bahan Bakar Hot-Spot Melebihi Kesatuan dalam Ledakan Fusi Pengurungan Inersia Penggerak Langsung” oleh CA Williams, R. Betti, V. Gopalaswamy, JP Knauer, CJ Forrest, A. Lees, R. Ejaz, PS Farmakis, D.K. Cao , Radha PB, Anderson KS, Regan SP, Yu Glebov, Shah RC, Stoeckl C, Ivancic S, Churnetski K, Janezic RT, Fella C, Rosenberg MJ, Bonino MJ, Harding DR, Shmeida WT, 2005. Carroll-Nellenback J, Hu SX, Epstein R, Collins TJB, Thomas CA, Igumenshchev IV, Goncharov VN, Theobald W, Woo KM, Marozas JA, Bauer KA, Sampat S, Waxer LJ, Turnbull D, PV Heuer , McClow H , Ceurvorst L , Scullin W , Edgell DH, Koch M, Bredesen D, Gatu Johnson M, Frenje JA, Petrasso RD, Shuldberg C, Farrell M M, Murray J, D. Guzman, B. Serrato, SFB Morse, M. Labuzeta, C. Deeney dan EM Campbell , 5 Februari 2024, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-023-02363-2
“Demonstrasi plasma pembakaran yang setara secara hidrodinamik dalam fusi kurungan inersia penggerak langsung” oleh V. Gopalaswamy, CA Williams, R. Betti, D. Patel, JP Knauer, A. Lees, D. Cao, EM Campbell, P. Farmakis, R. Ejaz, KS Anderson, R. Epstein, J. Carroll-Nellenbeck, IV Igumenshchev, JA Marozas, PB Radha, AA Solodov, CA Thomas, KM Woo, TJB Collins, SX Hu, W. Scullin, D. Turnbull, VN Goncharov, K. Churnetski, CJ Forrest, V. Yu. Glebov, PV Heuer, H. McClow, RC Shah, C. Stoeckl, W. Theobald, DH Edgell, S. Ivancic, MJ Rosenberg, SP Regan, D. Bredesen, C. Fella, M. Koch, RT Janezic, MJ Bonino , DR Harding, KA Bauer, S. Sampat, LJ Waxer, M. Labuzeta, SFB Morse, M. Gatu-Johnson, RD Petrasso, JA Frenje, J. Murray, B. Serrato, D. Guzman, C. Shuldberg, M .Farrell dan C. Deeney, 5 Februari 2024, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-023-02361-4
Eksperimen Rochester memerlukan upaya yang sangat terkoordinasi antara sejumlah besar ilmuwan, insinyur, dan staf teknis untuk mengoperasikan fasilitas laser yang kompleks. Mereka berkolaborasi dengan peneliti dari DENGAN Pusat Sains dan Fusi Plasma dan General Atomics untuk melakukan eksperimen. Eksperimen ini didanai melalui Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi AS. Pekerjaan desain target dihasilkan dari aplikasi pembelajaran mesin yang didanai oleh program DOE Fusion Energy Sciences.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
