NIF-i laserikatsetused kõrvaldasid kahtlusevarju termotuumareaktsiooni saavutamiselt

[alter]

USA teadlaste väitel on nad viimaks teinud kriitilise läbimurde laserite abil termotuumareaktsiooni saavutamiseks ning lubavad stabiilse tuumasünteesi jaoks vajalikke tingimusi aasta lõpuks. Nende väiteid toetab 28. jaanuaril ajakirjas Science avaldatud artikkel, mille krooniks on uus maailmarekord laserienergia tiheduses.

Hoolimata asjaolust, et NIF (National Ignition Facility, J.J.O) on oma algsest graafikust ligi viis aastat maas, tehes oma esimese katselasu alles eelmise aasta mais, on see vaieldamatult ambitsioonikaim projekt laserite abil kontrollitava termotuumareaktsiooni saavutamiseks. NIF-i ehitus algas 1996. aastal saades valmides maailma võimsaimaks laserikompleksiks oma 192 laseriga, mis on võimelised suunama 2 millimeetrise läbimõõduga berülliumsfääri 180 MJ suuruse energiavoo.



Pigistades nii suure energiahulga väikesesse ruumi, on projekti eesmärgiks ületada sfääris oleva vesiniku isotoopide deuteeriumi ja triitiumi vahelised tõukejõud ning need tihedalt kokku pressida. Selle tulemusel tekiks nn. süütepunkt, kus deuteerium ja triitium läbiksid kontrollitud termotuumareaktsiooni, mille tagajärjel vabaneks energia.

Tehtud eksperimentidest saadud tulemuste abil on NIF-i teadlased üritanud sihtmärgi sfäärides – teatud nime all ‘hohlraum’ – valitsevaid tingimusi muuta. Oma katsetes pommitasid nad laserite abil seda 680 kJ suuruse energiaga 10 miljardiksekundi jooksul, mis on rohkem kui 20 korda võimsam ükskõik millisest eelnevast laseri eksperimendist.

Projekti kallal töötavad teadlased võivad pärast esimesi saadud tulemusi kergemalt hingata, kuna algselt kardeti, et termotuumareaktsiooniks vajalike tingimuste saavutamine hohlraum’i sees võib laseri impulsside poolt häiritud saada. Häirete tagajärjel pääseks valla kuum ning ohtlik plasma. Õnneks aga sellist efekti ei tekkinud ning 3,3 miljoni Kelvini saavutamine ei kujunenud eriliseks probleemiks. Eksperimendid tõestasid, et plasma ei vähenda hohlraum’i võimet laserivalgust neelata – nimelt neeldus selles endiselt umbes 95% sellele langenud valgusest. Doktor Siegfrid Glenzeri, NIF-i plasma teadlase, juhitud töörühm tõestas, et plasmaga on võimalik isegi manipuleerida, et tõsta kokkusurumisel selle ühtsust.

“Me näitasime nende tulemustega, et võime kuumutada hohlraum’e termotumareaktsiooniks vajaliku temperatuuri ning kiirgusümmeetriani,” kommenteeris Glenzer katsetust. “Esimeste katsete põhjal üldistusi tehes oleme kindlad, et võime katseid korrata täissuuruses hohlraum’idega ning luua termotuumasünteesiks vajalikud tingimused aasta lõpuks,” lisas ta. Enne täismõõdus eksperimentide algust tuleb aga sihtmärgikambrit täiustada kilpidega, mis peegeldaksid arvukaid reaktsiooni käigus tekkivaid neutroneid.


Chris Edwards Suurbritannia Central Laser Facility’ist kirjeldas tulemusi kui “väga põnevat arengut” ning on kindel, et NIF täidab püsitatud eesmärgid vaevata. “Ma hoian oma hinge kinni ning olen väga põnevil võimaluste pärast, mida see uurimustöö energeetikasse ning astrofüüsika arengusse tuua võib,” nentis ta.

Hoolimata potentsiaalsest kontrollitud termotuumasünteesi võimalusest ning selle tsiviilotstarbeks rakendamisest, on mitmed riigid avaldanud muret NIF-i tõeliste eesmärkide suhtes. NIF-i projekti rahastab USA valitsus, tööstus ja akadeemia, kes on investeerinud seni projekti 4,2 miljardit dollarit, et tagada “rahvuslik –ning globaalne julgeolek.” Sellise tuumaühinemise tehnikaga oleks teoreetiliselt võimalik tulevikus lõhata ka termotuumapomme ilma praegusel ajal selleks vajaliku tuumalõhkepeata.

NIF-is toimuv termotuumasüntees

• NIF-i 192 laserikiirt koondatakse sihtmärksfääri, mida nimetatakse hohlraum’iks.
  
• Hohlraum on täidetud äärmiselt külma vesiniku isotoopide seguga
  
• Konteineri seinu tabav laserivalgus muutub röntgenkiirteks
  
• Röntgenkiired rebivad kütusesfääri välimiselt seinalt ainet ära, kuumutades seda miljonite kraadideni
  
• Kui selle tagajärjel toimuv kütuse kokkusurumine on piisav ning moodustuv mass homogeenne, võib see päädida termotuumasünteesiga

Lisaks

Abstraktne artikli kirjeldus ajakirjas Science:

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1185634

NIF-i koduleht

https://lasers.llnl.gov/

Artikkel veebiväljaandes Physics World:

http://physicsworld.com/cws/article/news/41595

Artikkel BBC-s

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8485669.stm

Artikkel: http://www.fyysika.ee/wordpress/?p=1459