Các nhà khoa học của NRL, phối hợp với Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, đã công bố kết quả nghiên cứu của họ.Argon Florua (ArF)Nghiên cứu về phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng laser đã được công bố trên tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society vào mùa thu năm ngoái.
Bài báo khoa học "Tăng cường phản ứng tổng hợp hạt nhân với năng lượng laser dưới mức megajoule bằng cách sử dụng laser argon florua điều khiển trực tiếp" đã báo cáo rằng ArF là một công nghệ đầy hứa hẹn để đạt được sự nổ sập tổng hợp hạt nhân quán tính có độ khuếch đại cao cần thiết cho việc sản xuất năng lượng. Phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng laser liên quan đến việc làm nổ sập các viên nang nhỏ để đạt được mật độ và nhiệt độ cao (100 triệu độ C) cần thiết để khởi động phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Năng lượng hợp hạch có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng nếu độ khuếch đại lớn hơn nhiều so với năng lượng cần thiết để vận hành laser, và các mô phỏng của NRL đã chỉ ra rằng ánh sáng cực tím sâu của ArF có thể đạt được độ khuếch đại cao ở mức năng lượng laser thấp hơn nhiều so với dự kiến trước đây.Ông Obenschain cho biết: "Laser ArF cho phép phát triển và xây dựng các nhà máy điện nhiệt hạch nhỏ hơn, chi phí thấp hơn. Điều này sẽ đẩy nhanh việc triển khai nguồn năng lượng hấp dẫn này, vốn có đủ nguyên liệu nhiên liệu để sử dụng trong hàng nghìn năm."
Kết quả của NRL đặc biệt quan trọng vì Cơ sở Kích hoạt Quốc gia (NIF) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã thông báo vào ngày 8 tháng 8 rằng họ đã tiến hành một thí nghiệm phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng laser tạo ra năng lượng tổng hợp gần bằng năng lượng của các chùm tia laser được sử dụng để thúc đẩy quá trình nổ sập. Kết quả của NIF tạo ra 1,3 megajoule năng lượng tổng hợp, tương đương với một pound chất nổ mạnh, do đó chứng minh tính khả thi về mặt khoa học và công nghệ cơ bản của phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng laser.
Ông Obenschain cho biết: "Kết quả của NIF rất ấn tượng và nhấn mạnh sự cần thiết phải hướng đến công nghệ laser nhằm đẩy nhanh những tiến bộ trong tương lai. Công nghệ laser ArF của nRL mở ra con đường dẫn đến hiệu suất và sản lượng phản ứng tổng hợp hạt nhân cao hơn. Những đặc tính này rất cần thiết cho Chương trình Quản lý Kho dự trữ của NNSA, và hiệu suất cao là điều kiện cần thiết cho việc sản xuất điện năng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân."
Hệ thống thấu kính laser Nike tập trung 44 chùm tia laser krypton fluoride (KrF) vào các mục tiêu đại diện cho một phần nhỏ của khoang nổ. Các mục tiêu có kích thước milimét có thể nhìn thấy trong thấu kính trung tâm. Laser KrF tương tự như ArF, nhưng có bước sóng dài hơn một chút (248 nm). Thí nghiệm Nike thúc đẩy vật lý cơ bản về việc tăng tốc đồng đều một mục tiêu đến vận tốc cao cần thiết cho phản ứng nổ nhiệt hạch. Nguồn: Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân
Obenschain lưu ý rằng các laser ArF năng lượng cao sẽ đòi hỏi đầu tư đáng kể để đạt được hiệu suất và năng lượng, tần số lặp lại, độ chính xác và độ tin cậy trị giá hàng tỷ đô la cần thiết cho phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các nhà máy điện thương mại.
"Những nghiên cứu của chúng tôi cho đến nay đã chỉ ra rằng không có rào cản cơ bản nào ngăn cản các hệ thống năng lượng nhiệt hạch quán tính dẫn động trực tiếp ArF đáp ứng được các yêu cầu này," Obenschain nói.
Ông nói: "Những ưu điểm này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các mô-đun nhà máy điện nhiệt hạch quy mô nhỏ, giá rẻ hơn, hoạt động ở năng lượng laser dưới 1 megajoule." "Điều này sẽ cách mạng hóa quan điểm hiện tại cho rằng năng lượng nhiệt hạch laser quá đắt và các nhà máy điện quá lớn."
Tiến sĩ Max Karasik, trưởng bộ phận vật lý mục tiêu điều khiển bằng laser của NRL, cho biết: "NRL là đơn vị hàng đầu thế giới trong việc phát triển công nghệ laser argon fluoride năng lượng cao. Ngoài ra, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm để nâng cao cơ sở vật lý của phản ứng tổng hợp hạt nhân bằng laser và các mô phỏng máy tính để xác định cấu hình tối ưu cho quá trình nổ sập bằng laser ArF có độ khuếch đại cao."
Tiềm năng của laser ArF trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch được hỗ trợ bởi chương trình Đột phá để thúc đẩy năng lượng nhiệt hạch (BETHE) của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến về Năng lượng (ARPA-E) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Chương trình này hỗ trợ việc phát triển kịp thời các nguồn năng lượng nhiệt hạch khả thi về mặt thương mại.
Nhánh Laser Plasma thuộc Bộ phận Vật lý Plasma đang dẫn đầu nỗ lực nghiên cứu này và đã xây dựng kế hoạch ba giai đoạn để nâng cao hiệu suất của laser argon fluoride nhằm đạt được hiệu năng cần thiết cho các vụ nổ tạo ra năng lượng cao.
Giai đoạn đầu tiên sẽ hoàn thiện khoa học và công nghệ cơ bản cho hệ thống ArF hiện đang được nghiên cứu tại NRL. Trong giai đoạn II, một đường dẫn chùm tia laser ArF năng lượng cao, quy mô đầy đủ sẽ được xây dựng và thử nghiệm. Trong giai đoạn III, một cơ sở thử nghiệm nổ sụp sẽ được xây dựng từ 20 đến 30 đường dẫn chùm tia như vậy và được sử dụng để chứng minh khả năng tăng năng lượng cao (>100) cần thiết cho các ứng dụng quốc phòng và năng lượng.
Thời gian đăng bài: 18/09/2024