Gli scienziati dell'NRL, in collaborazione con il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, hanno pubblicato i risultati della loro ricerca.Fluoruro di argon (ArF)La ricerca sulla fusione laser è stata oggetto di un articolo pubblicato lo scorso autunno sulle Philosophical Transactions della Royal Society.
L'articolo scientifico, intitolato "High Fusion Gain with Sub-Megajoule Laser Energy Using a Directly Driven Argon Fluoride Laser", riporta che l'ArF è una tecnologia promettente per ottenere le implosioni di fusione inerziale ad alto guadagno necessarie per la produzione di energia. La fusione laser prevede l'implosione di piccole capsule per raggiungere le alte densità e temperature (100 milioni di gradi Celsius) richieste per innescare una reazione di fusione.
L'energia da fusione può essere utilizzata come fonte di energia se il guadagno è molto maggiore dell'energia necessaria per alimentare il laser, e le simulazioni dell'NRL hanno dimostrato che la luce ultravioletta profonda di ArF può raggiungere un guadagno elevato a energie laser molto inferiori rispetto a quanto si ritenesse possibile in precedenza."I laser ArF consentono lo sviluppo e la costruzione di centrali a fusione più piccole e a basso costo", ha affermato Obenschain. "Questo accelererà la diffusione di questa interessante fonte di energia, che dispone di riserve di combustibile sufficienti per migliaia di anni."
I risultati dell'NRL sono particolarmente importanti perché l'8 agosto il National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory ha annunciato di aver condotto un esperimento di fusione laser che ha prodotto quasi la stessa energia di fusione dei fasci laser utilizzati per innescare le implosioni. I risultati del NIF hanno prodotto 1,3 megajoule di energia di fusione, l'equivalente di una libbra di esplosivo ad alto potenziale, dimostrando così la fattibilità scientifica e tecnologica fondamentale della fusione laser.
"I risultati del NIF sono impressionanti e sottolineano la necessità di guardare alla tecnologia laser che accelererà i progressi futuri. La tecnologia laser ArF del nRL offre una strada per ottenere maggiori guadagni e rese di fusione", ha affermato Obenschain. "Queste caratteristiche sono necessarie per il programma di gestione delle scorte della NNSA, e un elevato guadagno è richiesto per la produzione di energia da fusione."
L'array di lenti laser Nike focalizza 44 fasci laser al fluoruro di kripton (KrF) su bersagli che rappresentano una piccola porzione della capsula di implosione. I bersagli, di dimensioni millimetriche, sono visibili nella lente centrale. I laser KrF sono simili ai laser ArF, ma con una lunghezza d'onda leggermente maggiore (248 nm). L'esperimento Nike fa progredire la fisica fondamentale dell'accelerazione uniforme di un bersaglio alle alte velocità necessarie per l'implosione da fusione. Fonte: Naval Research Laboratory
Obenschain osserva che i laser ArF ad alta energia richiederanno investimenti significativi per raggiungere le prestazioni, l'energia, la frequenza di ripetizione, la precisione e l'affidabilità sub-riducibile da miliardi di dollari necessarie per la fusione nelle centrali elettriche commerciali.
"Il lavoro svolto finora ha dimostrato che non esistono barriere fondamentali che impediscano ai sistemi di fusione inerziale a trasmissione diretta ArF di soddisfare questi requisiti", ha affermato Obenschain.
Ha affermato: "Questi vantaggi potrebbero facilitare lo sviluppo di moduli per centrali a fusione di dimensioni più contenute ed economiche, operanti a energie laser inferiori a 1 megajoule". "Ciò rivoluzionerebbe l'opinione diffusa secondo cui l'energia da fusione laser è troppo costosa e le centrali elettriche sono troppo grandi".
"L'NRL è leader mondiale nello sviluppo della tecnologia laser ad alta energia a fluoruro di argon", ha affermato il Dr. Max Karasik, responsabile della divisione di fisica dei bersagli laser dell'NRL. "Inoltre, conduciamo esperimenti per approfondire le basi fisiche della fusione laser e simulazioni al computer per determinare la configurazione ottimale per un'implosione laser ArF ad alto guadagno."
Il potenziale del laser ArF per l'energia da fusione è supportato dal programma Breakthroughs to Enable Thermonuclear Fusion Energy (BETHE) dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata per l'energia (ARPA-E) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Questo programma supporta lo sviluppo tempestivo di fonti di energia da fusione commercialmente valide.
La sezione Laser Plasma della Divisione di Fisica del Plasma sta guidando questo sforzo di ricerca e ha sviluppato un piano in tre fasi per far progredire i laser ad argon fluoruro al fine di raggiungere le prestazioni richieste per le implosioni ad alto guadagno di energia.
La prima fase completerà la ricerca scientifica e tecnologica di base per l'ArF attualmente in corso presso l'NRL. Nella Fase II, verrà costruita e testata una linea di fascio laser ArF ad alta energia su vasta scala. Nella Fase III, verrà realizzato un impianto di implosione composto da 20 a 30 di queste linee di fascio, che verrà utilizzato per dimostrare l'elevato guadagno di energia (>100) richiesto per le applicazioni nel settore della difesa e dell'energia.
Data di pubblicazione: 18 settembre 2024