Trois articles mettent en lumière les résultats de l'expérience record de rendement de 1,3 mégajoule

Trois articles mettent en lumière les résultats de l’expérience record de rendement de 1,3 mégajoule

Lettres d’examen physique et deux dans Examen physique E. Cette image stylisée montre une cible cryogénique utilisée pour ces expériences record de fusion inertielle. Crédit : James Wickboldt/LLNL” width=”800″ height=”457″/>

À l’occasion du premier anniversaire de l’obtention d’un rendement de plus de 1,3 mégajoules au National Ignition Facility du LLNL, les résultats scientifiques de cette expérience record ont été publiés dans trois articles évalués par des pairs : un dans Lettres d’examen physique et deux dans Examen physique E. Cette image stylisée montre une cible cryogénique utilisée pour ces expériences record de fusion inertielle. Crédit : James Wickboldt/LLNL

Après des décennies de recherche sur la fusion par confinement inertiel, un rendement de plus de 1,3 mégajoules (MJ) a été atteint au National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) pour la première fois le 8 août 2010. 2021, mettant les chercheurs à le seuil de gain de fusion et l’obtention d’un allumage scientifique.

À l’occasion du premier anniversaire de cette réalisation historique, les résultats scientifiques de cette expérience record ont été publiés dans trois articles évalués par des pairs : un en Lettres d’examen physique et deux dans Examen physique E. Plus de 1000 auteurs sont inclus dans l’un des Lettres d’examen physique document pour reconnaître et remercier les nombreuses personnes qui ont travaillé pendant de nombreuses décennies pour permettre cette avancée significative.

“Le tir record a été une percée scientifique dans la recherche sur la fusion, établissant que l’allumage de la fusion en laboratoire est possible au NIF”, a déclaré Omar Hurricane, scientifique en chef du programme de fusion par confinement inertiel du LLNL. “Réaliser les conditions nécessaires à l’allumage est un objectif de longue date pour toutes les recherches sur la fusion par confinement inertiel et ouvre l’accès à un nouveau régime expérimental dans lequel l’auto-échauffement des particules alpha surpasse tous les mécanismes de refroidissement dans le plasma de fusion.

Les documents décrivent, en détail, les résultats du 8 août 2021 et la conception, les améliorations et les mesures expérimentales associées. Le physicien LLNL Alex Zylstra, expérimentateur principal et premier auteur de l’expérience Examen physique E papier, a noté qu’en 2020 et au début de 2021, le laboratoire a mené pour la première fois des expériences dans le régime “plasma brûlant”, préparant le terrain pour le tir record.

“A partir de cette conception, nous avons apporté plusieurs améliorations pour arriver à la prise de vue du 8 août 2021”, a-t-il déclaré. “Les améliorations apportées à la conception physique et à la qualité de la cible ont contribué au succès du tir d’août, dont il est question dans le Examen physique E documents.”

Cette expérience a incorporé quelques changements, y compris une conception de cible améliorée. “Réduire le temps d’inertie avec des hohlraums plus efficaces par rapport aux expériences précédentes était essentiel pour passer des régimes d’allumage et de combustion au plasma”, a déclaré Annie Kritcher, physicienne du LLNL, conceptrice principale et première auteure de l’autre étude. Examen physique E papier. “Les autres principaux changements étaient la qualité améliorée de la capsule et un tube de remplissage de carburant plus petit.”

Trois articles évalués par des pairs mettent en lumière les résultats scientifiques de l'injection record du National Ignition Facility

Cette image en trois parties montre la géométrie cible caractéristique recadrée (a), y compris un hohlraum d’uranium appauvri recouvert d’or entourant une capsule HDC avec certaines caractéristiques marquées. La capsule, d’environ 2 mm de diamètre, au centre du hohlraum d’environ 1 cm de haut, occupe une petite fraction du volume. Les faisceaux laser entrent dans la cible par des ouvertures en haut et en bas, appelées trous d’entrée laser. En (b), la puissance laser totale (bleu) en fonction du temps et la température de rayonnement hohlraum simulée pour l’expérience du 8 août 2021 sont indiquées avec certains éléments clés étiquetés. Toutes les images sont de 100 microns carrés. Les données d’imagerie sont utilisées pour reconstruire le volume de plasma du point chaud nécessaire pour déduire la pression et d’autres propriétés du plasma. Crédit : Laboratoire national Lawrence Livermore

Depuis l’expérience d’août dernier, l’équipe a mené une série d’expériences pour essayer de reproduire les performances et de comprendre les sensibilités expérimentales dans ce nouveau régime.

“De nombreuses variables peuvent affecter chaque expérience”, a déclaré Kritcher. “Les 192 lasers ne fonctionnent pas exactement de la même manière d’un tir à l’autre, la qualité des cibles varie et la calotte glaciaire se développe avec une rugosité différente sur chaque cible. Ces expériences ont permis de tester et de comprendre la variabilité inhérente à ce nouveau et régime expérimental sensible.

Bien que les tentatives répétées n’aient pas atteint le même niveau de rendement de fusion que l’expérience d’août 2021, elles ont toutes démontré un gain de capsule supérieur à l’unité avec des rendements de l’ordre de 430 à 700 kJ, nettement supérieurs au rendement le plus élevé. pour février. 2021. Les données recueillies à partir de ces expériences et d’autres fournissent des indices cruciaux sur ce qui s’est bien passé et sur les changements nécessaires pour répéter cette expérience et la surpasser à l’avenir. L’équipe utilise également les données expérimentales pour mieux comprendre les processus fondamentaux d’allumage et de combustion par fusion et pour améliorer les outils de simulation à l’appui de la gestion des réserves.

Pour l’avenir, l’équipe travaille à tirer parti des données expérimentales et des simulations accumulées pour évoluer vers un régime plus robuste, au-delà de la falaise d’allumage, où les tendances générales trouvées dans ce nouveau régime expérimental peuvent être mieux séparées de la variabilité des cibles et performances lasers.

Des efforts sont en cours pour augmenter les performances et la robustesse de la fusion grâce à des améliorations du laser, des améliorations de cible et des modifications de conception qui améliorent encore la fourniture d’énergie au point d’accès tout en maintenant, voire en augmentant la pression du point d’accès. Cela comprend l’amélioration de la compression du combustible de fusion, l’augmentation de la quantité de combustible et d’autres moyens.

“C’est extrêmement excitant d’avoir un allumage de” preuve d’existence “dans le laboratoire”, a déclaré Hurricane. “Nous opérons dans un régime auquel aucun chercheur n’a eu accès depuis la fin des essais nucléaires, et c’est une opportunité incroyable d’élargir nos connaissances alors que nous continuons à progresser.”


Des chercheurs au bord de l’allumage par fusion au National Ignition Facility


Plus d’informations:
H. Abu-Shawareb et al, Critère de Lawson pour l’allumage dépassé dans une expérience de fusion inertielle, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.075001

AB Zylstra et al, Réalisation expérimentale et signatures d’allumage au National Ignition Facility, Examen physique E (2022). DOI : 10.1103/PhysRevE.106.025202

AL Kritcher et al, Conception d’une expérience de fusion inertielle qui dépasse le critère d’allumage de Lawson, Examen physique E (2022). DOI : 10.1103/PhysRevE.106.025201

Fourni par Lawrence Livermore National Laboratory

Citation: Trois articles mettent en lumière les résultats de l’expérience de rendement record de 1,3 mégajoule (9 août 2022) Extrait le 9 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-papers-highlight-results-megajoule-yield.html

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