Fusion Ignition inakuwa Ukweli; Nishati Breakeven Imefikiwa katika Maabara ya Lawrence

Wanasayansi katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Livermore (LLNL) wamefaulu fusion kuwasha na nishati kuvunja-sawa. Tarehe 5^th Desemba 2022, timu ya watafiti ilifanya jaribio la uunganishaji lililodhibitiwa kwa kutumia leza wakati miale ya leza 192 iliwasilisha zaidi ya joule milioni 2 za nishati ya UV kwenye pellet ndogo ya mafuta kwenye chumba chenye kilio na kufanikisha uvunjaji wa nishati, kumaanisha kuwa jaribio la muunganisho lilitoa nishati zaidi kuliko zinazotolewa na laser kuiendesha. Mafanikio haya yalipatikana kwa mara ya kwanza katika historia kufuatia miongo kadhaa ya bidii. Hili ni hatua muhimu katika sayansi na ina athari kubwa kwa matarajio ya nishati safi ya muunganisho katika siku zijazo kuelekea uchumi wa kaboni usio na sufuri, kwa kupambana na mabadiliko ya hali ya hewa na kudumisha kizuizi cha nyuklia bila kutumia majaribio ya nyuklia kuelekea ulinzi wa kitaifa. Hapo awali, tarehe 8^thAgosti 2021, timu ya utafiti ilikuwa imefikia kizingiti cha kuwashwa kwa mchanganyiko. Jaribio lilikuwa limetoa nishati zaidi kuliko jaribio lingine lolote la awali la muunganisho lakini uvunjaji wa nishati haukufikiwa. Jaribio la hivi karibuni lililofanywa mnamo 5^th Desemba 2022 imekamilisha kazi ya kuvunja nishati-hata hivyo kutoa uthibitisho wa dhana kwamba muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa unaweza kutumiwa kukidhi mahitaji ya nishati, ingawa Utumizi wa nishati ya muunganisho wa kibiashara bado unaweza kuwa mbali sana.

Nyuklia miitikio hutoa kiasi kikubwa cha nishati sawa na kiasi cha wingi kilichopotea, kulingana na mlinganyo wa ulinganifu wa wingi wa nishati E=MC.² ya Einstein. Athari za mtengano zinazohusisha kuvunjika kwa viini vya mafuta ya nyuklia (vipengele vya mionzi kama vile uranium-235) kwa sasa vinatumika katika vinu vya nyuklia kwa ajili ya uzalishaji wa nishati. Hata hivyo, vinu vya nyuklia vinavyotokana na mtengano huendesha hatari kubwa za kibinadamu na kimazingira kama inavyoonekana katika kesi ya Chernobyl, na ni maarufu kwa kuzalisha taka hatari za mionzi na maisha marefu ya nusu ambayo ni vigumu sana kutupa.

Kwa asili, nyota kama jua letu, nyuklia fusion inayohusisha kuunganishwa kwa viini vidogo vya hidrojeni ni utaratibu wa kuzalisha nishati. Muunganisho wa nyuklia, tofauti na mpasuko wa nyuklia, unahitaji halijoto ya juu sana na shinikizo ili kuwezesha viini kuunganishwa. Sharti hili la joto la juu sana na shinikizo linatimizwa kwenye kiini cha jua ambapo muunganisho wa viini vya hidrojeni ndio njia kuu ya uzalishaji wa nishati lakini kuunda tena hali hizi mbaya zaidi duniani haijawezekana hadi sasa katika hali iliyodhibitiwa ya maabara na matokeo yake. vinu vya muunganisho wa nyuklia bado si ukweli. (Mchanganyiko usiodhibitiwa wa thermonuclear katika halijoto kali na shinikizo linaloundwa na uanzishaji wa kifaa cha mpasuko ndio kanuni iliyo nyuma ya silaha ya hidrojeni).

Ilikuwa Arthur Eddington ambaye alipendekeza kwa mara ya kwanza, huko nyuma mnamo 1926, kwamba nyota zichote nishati kutoka kwa muunganisho wa hidrojeni hadi heliamu. Maonyesho ya kwanza ya moja kwa moja ya muunganisho wa nyuklia yalikuwa katika maabara mnamo 1934 wakati Rutherford alipoonyesha muunganisho wa deuterium kuwa heliamu na kuona "athari kubwa ilitolewa" wakati wa mchakato huo. Kwa kuzingatia uwezo wake mkubwa wa kutoa nishati safi isiyo na kikomo, kumekuwa na juhudi za pamoja za wanasayansi na wahandisi kote ulimwenguni kuiga muunganisho wa nyuklia Duniani lakini imekuwa kazi kubwa.

Katika halijoto kali sana, elektroni hutenganishwa na viini na atomi huwa gesi ya ionized inayojumuisha viini chanya na elektroni hasi, tunachoita plasma, ambayo ni mnene mara milioni moja kuliko hewa. Hii inafanya fusion mazingira magumu sana. Ili muunganisho wa nyuklia ufanyike katika mazingira kama hayo (ambayo yanaweza kutoa kiasi cha kutosha cha nishati), masharti matatu yanapaswa kutimizwa; kunapaswa kuwa na joto la juu sana (ambalo linaweza kusababisha migongano ya nishati nyingi), kuwe na msongamano wa plasma wa kutosha (kuongeza uwezekano wa migongano) na plasma (ambayo ina mwelekeo wa kupanuka) inapaswa kufungiwa kwa muda wa kutosha. kuwezesha fusion. Hii inafanya maendeleo ya miundombinu na teknolojia kuwa na na kudhibiti plasma moto kuwa lengo kuu. Sehemu zenye nguvu za sumaku zinaweza kutumika kushughulikia plasma kama ilivyo kwa Tokamak ya ITER. Ufungaji usio na kipimo wa plasma ni njia nyingine ambayo vidonge vilivyojazwa na isotopu nzito za hidrojeni huwekwa kwa kutumia miale ya laser yenye nishati nyingi.

Masomo ya Fusion yaliyofanywa katika Lawrence Maabara ya Kitaifa ya Livermore (LLNL) ya NIF ilitumia mbinu za uwekaji sauti zinazoendeshwa na leza (muunganisho wa kifungo kisicho na kifani). Kimsingi, kapsuli za ukubwa wa milimita zilizojazwa na deuterium na tritium ziliwekwa leza zenye nguvu nyingi ambazo hutoa eksirei. Capsule hupata joto na kugeuka kuwa plasma. Plasma huharakisha kwenda ndani kuunda shinikizo kali na hali ya joto wakati mafuta kwenye kapsuli (deuterium na atomi za tritium) yanapoungana, ikitoa nishati na chembe kadhaa ikijumuisha chembe za alfa. Chembe zilizotolewa huingiliana na plazima inayozunguka na kuipasha moto zaidi na hivyo kusababisha athari zaidi za muunganisho na kutolewa kwa 'nishati na chembe' zaidi hivyo basi kuanzisha msururu wa miitikio ya muunganiko wa kujiendesha yenyewe (unaoitwa 'uwasho wa mchanganyiko').

Jumuiya ya utafiti wa mchanganyiko imekuwa ikijaribu kwa miongo kadhaa kufikia 'uwasho wa mchanganyiko'; mmenyuko wa kujitegemea wa fusion. Tarehe 8^th Agosti 2021, timu ya Maabara ya Lawrence ilifika kwenye kizingiti cha 'kuwasha kwa mchanganyiko' ambayo wamefanikisha tarehe 5.^th Desemba 2022. Siku hii, kuwashwa kwa muunganisho unaodhibitiwa Duniani kulitimia - hatua muhimu katika sayansi iliyofikiwa!

***