Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dosáhli fúze zapalování a energie beze ztrát. Dne 5th V prosinci 2022 provedl výzkumný tým experiment s řízenou fúzí pomocí laserů, kdy 192 laserových paprsků dodalo více než 2 miliony joulů UV energie do malé palivové pelety v kryogenní cílové komoře a dosáhlo energetického zlomu, což znamená, že experiment fúze vyprodukoval více energie než poskytuje laser k jeho pohonu. Tohoto průlomu bylo dosaženo poprvé v historii po desetiletích tvrdé práce. Jedná se o milník ve vědě a má významné důsledky pro vyhlídky čisté energie z jaderné syntézy v budoucnosti směrem k ekonomice s nulovými emisemi uhlíku, pro boj proti změně klimatu a pro zachování jaderného odstrašujícího účinku, aniž by se uchylovalo k jaderným zkouškám v rámci národní obrany. Dříve, dne 8thsrpna 2021 se výzkumný tým dostal na práh zapálení fúze. Experiment vyprodukoval více energie než jakýkoli jiný předchozí experiment s fúzí, ale energetického zlomu nebylo dosaženo. Poslední experiment proběhl 5th Prosinec 2022 završil výkon energetického zlomu, a tak poskytl důkaz o konceptu, že řízenou jadernou fúzi lze využít k uspokojení energetických potřeb. praktické komerční využití energie z jaderné syntézy může být stále velmi vzdálené.
Nukleární reakce poskytují velké množství energie ekvivalentní množství ztracené hmoty, podle rovnice symetrie hmoty a energie E=MC2 z Einsteina. V jaderných reaktorech se pro výrobu energie v současnosti používají štěpné reakce zahrnující rozpad jader jaderného paliva (radioaktivní prvky jako uran-235). Reaktory založené na jaderném štěpení však představují vysoká rizika pro člověka a životní prostředí, jak je patrné v případě Černobylu, a jsou známé tím, že vytvářejí nebezpečný radioaktivní odpad s velmi dlouhým poločasem rozpadu, který je extrémně obtížné likvidovat.
V přírodě jsou hvězdy jako naše slunce, jaderná fúze mechanismem výroby energie je slučování menších jader vodíku. Jaderná fúze, na rozdíl od jaderného štěpení, vyžaduje extrémně vysokou teplotu a tlak, aby se jádra mohla spojit. Tento požadavek extrémně vysoké teploty a tlaku je splněn v jádru Slunce, kde je fúze vodíkových jader klíčovým mechanismem výroby energie, ale obnovení těchto extrémních podmínek na Zemi nebylo dosud možné v kontrolovaných laboratorních podmínkách a v důsledku toho jaderné fúzní reaktory zatím nejsou realitou. (Principem vodíkové zbraně je neřízená termonukleární fúze při extrémní teplotě a tlaku vzniklá spuštěním štěpného zařízení).
Byl to Arthur Eddington, kdo poprvé v roce 1926 navrhl, že hvězdy čerpají energii z fúze vodíku na helium. První přímá demonstrace jaderné fúze byla v laboratoři v roce 1934, kdy Rutherford ukázal fúzi deuteria na helium a pozoroval, že během procesu „bylo dosaženo obrovského účinku“. Vzhledem k obrovskému potenciálu poskytovat neomezenou čistou energii vědci a inženýři z celého světa vyvinuli společné úsilí o replikaci jaderné fúze na Zemi, ale byl to náročný úkol.
Při extrémních teplotách se elektrony oddělují od jader a atomy se stávají ionizovaným plynem skládajícím se z kladných jader a záporných elektronů, čemuž říkáme plazma, která má miliontinukrát menší hustotu než vzduch. To dělá fúze prostředí velmi slabé. Aby jaderná fúze probíhala v takovém prostředí (které by mohlo poskytnout značné množství energie), měly by být splněny tři podmínky; měla by být velmi vysoká teplota (která by mohla vyvolat vysokoenergetické srážky), měla by existovat dostatečná hustota plazmatu (pro zvýšení pravděpodobnosti srážek) a plazma (která má sklon k expanzi) by měla být omezena na dostatečně dlouhou dobu, aby umožnit fúzi. Klíčovým zaměřením je proto vývoj infrastruktury a technologie pro zadržování a řízení horké plazmy. Silná magnetická pole by mohla být použita k řešení plazmatu jako v případě Tokamaku z ITER. Inerciální zadržení plazmatu je dalším dalším přístupem, při kterém jsou kapsle naplněné těžkými izotopy vodíku implodovány pomocí vysokoenergetických laserových paprsků.
Fúzní studie provedené v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v NIF využívaly laserem řízené implozní techniky (inerciální fúze). V podstatě byly milimetrové kapsle naplněné deuteriem a tritiem implodovány vysoce výkonnými lasery, které generují rentgenové záření. Kapsle se zahřeje a změní se na plazmu. Plazma se zrychluje směrem dovnitř a vytváří extrémní tlakové a teplotní podmínky, když se paliva v kapsli (atomy deuteria a tritia) spojí, čímž se uvolní energie a několik částic včetně alfa částic. Uvolněné částice interagují s okolní plazmou a dále ji zahřívají, což vede k dalším fúzním reakcím a uvolnění většího množství „energie a částic“, čímž se vytvoří samoudržující řetězec fúzních reakcí (nazývaný „zapálení fúze“).
Komunita výzkumu fúze se již několik desetiletí snaží dosáhnout „zapálení fúze“; samoudržující fúzní reakce. Dne 8th srpna 2021 se tým Lawrence Laboratory dostal na práh „zapálení fúze“, kterého dosáhl 5.th prosince 2022. V tento den se řízené zapálení fúze na Zemi stalo skutečností – dosažený milník ve vědě!
***
