Catat bilangan neutron di eksperimen fusi mesin Z Sandia Labs


Output MagLIF meningkat berdasarkan urutan besarnya

ALBUQUERQUE, NM— Newswise – Metode yang relatif baru untuk mengontrol fusi nuklir yang menggabungkan sentakan besar-besaran listrik dengan medan magnet yang kuat dan sinar laser yang kuat telah mencapai rekor keluaran neutronnya sendiri – standar kunci yang digunakan untuk menilai upaya fusi – di Fasilitas listrik berdenyut Z milik Laboratorium Nasional Sandia, penghasil sinar-X paling kuat di Bumi.

Pencapaian tersebut, dari sebuah proyek bernama MagLIF, untuk fusi inersia liner magnet, dilaporkan dalam sebuah makalah yang diterbitkan 9 Oktober di jurnal Physical Review Letters.

“Output dalam neutron dalam dua tahun terakhir meningkat lebih dari satu urutan besarnya,” kata fisikawan Sandia dan peneliti utama Matt Gomez. “Kami tidak hanya senang bahwa peningkatan yang kami terapkan menyebabkan peningkatan output ini, tetapi peningkatan tersebut diprediksi secara akurat oleh teori.”

Produksi neutron MagLIF meningkat menjadi 10 menjadi 13th menggunakan bahan bakar deuterium (10 sampai 15th akan mewakili peningkatan keluaran seratus kali lipat yang secara umum diterima oleh para ilmuwan, jika campuran yang sama antara deuterium dan tritium, DT, telah digunakan) dan suhu ion rata-rata menjadi dua kali lipat. Hal ini dicapai melalui peningkatan 50 persen secara simultan dalam bidang magnet yang diterapkan, tiga kali lipat energi laser dan peningkatan input daya Z dari 16 menjadi 20 mega-amp, kata Gomez.

“Outputnya hanya 2 kilojoule DT, energi yang relatif kecil,” ujarnya. Kilojoule didefinisikan sebagai energi panas yang dihamburkan oleh arus 1.000 ampere yang melewati resistor 1-ohm selama satu detik. “Tetapi berdasarkan eksperimen yang telah kami lakukan sejauh ini, yang menunjukkan faktor peningkatan 30 dalam lima tahun dan simulasi yang konsisten dengan eksperimen tersebut, kami berpikir bahwa hasil 30 hingga 50 kilojoule adalah mungkin, membawa kami mendekati keadaan yang dikenal sebagai ilmiah titik impas. “

Kenaikan output, diprediksi dari perubahan input, menunjukkan bahwa proposal untuk membangun mesin yang bahkan lebih besar dari Z dan dilengkapi lebih baik untuk melebihi titik impas, sekarang memiliki dasar yang lebih kuat untuk membuat permintaan itu, kata Gomez.

“Hasil di MagLIF telah membangkitkan minat yang luar biasa dalam penelitian fusi yang — dengan menggabungkan magnetisme, laser, dan energi listrik – menjangkau status plasma antara fusi kurungan inersia tradisional, seperti laser di Fasilitas Pengapian Nasional Lawrence Livermore National Lab, dan fusi kurungan magnetik tradisional seperti proyek ITER internasional di Prancis selatan, ”kata Dan Sinars, direktur Pusat Ilmu Tenaga Pulsed Sandia. “Keberhasilan MagLIF telah menghasilkan program-program baru dan beberapa permulaan fusi, dan telah membantu membangun minat pada pendekatan yang lebih luas ini.”

Karena performa dan kondisi plasma bervariasi dengan perubahan parameter input, manajer eksperimen fusi Sandia David Ampleford berkata, “Kami memiliki keyakinan tambahan bahwa kami dapat menskalakan MagLIF ke arus yang lebih tinggi.”

Impas adalah tujuan menengah

Impas terjadi ketika jumlah energi yang diinvestasikan dalam bahan bakar sama dengan jumlah energi yang dipancarkannya, pencapaian yang sangat penting bagi mereka yang ada di lapangan. Ketika lebih banyak energi yang dipancarkan daripada yang dibutuhkan untuk mempertahankan eksperimen – suatu kondisi yang dikenal sebagai “hasil tinggi” – impian dunia tentang energi bersih dari air laut, bahan yang paling mudah diakses di Bumi, akan mengambil langkah besar ke depan.

Air laut mengandung varian hidrogen yang disebut deuterium, yang mengandung neutron ekstra, dan tritium, yang memiliki dua neutron ekstra. Neutron ekstra ini dapat melebur, yang berarti mereka melepaskan energi fusi saat dapat bergabung. Deuterium, lebih mudah untuk dikerjakan, adalah bahan pilihan saat ini di hampir setiap percobaan fusi di Z, dengan kehadiran tritium yang lebih energik kadang-kadang disimulasikan.

Bahkan sebelum mencapai titik impas, pekerjaan tersebut berguna: Data dari reaksi fusi yang semakin kuat yang dimasukkan ke dalam superkomputer menginformasikan pekerjaan penatagunaan tumpukan persediaan Sandia yang memastikan senjata nuklir negara itu aman, terjamin, dan andal.

Kisah MagLIF dimulai dengan sebuah teori

Teori di balik metode fusi MagLIF Sandia berasal satu dekade lalu di Sandia oleh tim yang dipimpin oleh fisikawan teoretis Steve Slutz. Metode ini menggabungkan pulsa listrik besar-besaran dari Z dengan ledakan laser yang memanaskan target deuterium berukuran penghapus pensil yang kadang-kadang es, membawanya lebih dekat ke suhu awal yang sesuai untuk naik ke fusi. Metode ini kemudian menggunakan medan magnet untuk menjaga partikel bermuatan di dalam area operasi silinder sehingga mereka melebur dalam jumlah yang lebih besar. Kemudian, masih berdasarkan teori, datang gelombang perbaikan, yang terakhir dipimpin oleh tim Sandia Gomez.

Tim mengurangi ketebalan jendela plastik bening yang menahan gas fusi suhu kamar tetapi juga menutupi sebagian pintu masuk untuk sinar laser.

Awalnya, tim secara konservatif memilih jendela yang sangat tebal untuk memastikan bahwa jendela itu tidak akan meledak sebelum percobaan dan merusak target, kata Gomez. Selanjutnya, tim secara ketat menguji bahan jendela dalam berbagai ketebalan untuk mengidentifikasi tekanan di mana masing-masing akan gagal.

“Kami memutuskan bahwa kami bisa memotong sekitar separuh ketebalan dan masih kuat menahan bahan bakar fusi,” kata Gomez.

Jendela kecil yang menghilang

Bahan bakar yang diawetkan, para peneliti beralih ke simulasi komputer yang menunjukkan berapa banyak peningkatan yang dapat diharapkan dalam penggabungan energi sinar laser dengan target, mengingat ketebalan jendela telah dikurangi.

“Laser tidak menembus jendela seperti yang kita pikirkan secara tradisional,” kata Gomez. “Laser begitu kuat sehingga benar-benar mengionisasi jendela, mengubahnya menjadi plasma, memanaskannya hingga menjadi lebih atau kurang transparan bagi laser. Proses memanaskan jendela ke suhu ekstrim ini menyumbang sebagian kecil dari energi laser yang hilang. Kami menghilangkan sekitar setengah dari massa material jendela, jadi kami tidak perlu memanaskan sebanyak mungkin, jadi kami kehilangan lebih sedikit energi.

“Simulasi kami kemudian dikonfirmasi dengan eksperimen,” kata Gomez.

Sandia juga meningkatkan kekuatan medan magnet yang menahan partikel bermuatan agar tidak meninggalkan medan permainan, membuatnya lebih mungkin untuk tetap berinteraksi dan melebur.

Masalah lain yang diatasi adalah bagaimana meningkatkan kekuatan dua kumparan magnet sambil mempertahankan jendela di antara mereka untuk akses diagnostik, kata Gomez. “Sebelumnya, kami perlu memutuskan antara medan magnet yang lebih besar tanpa akses diagnostik, yang bahkan enggan kami coba, dan medan magnet yang lebih kecil dengan akses diagnostik,” kata Gomez. “Kami sekarang memiliki bidang yang lebih besar dan akses diagnostik, yang kami capai melalui penguatan internal kumparan.”

Stabilitas reaksi tetap menjadi masalah karena kekuatan operasi yang kuat meningkat. Ledakan fusi, diguncang oleh masukan yang meningkat, dapat berubah menjadi ketiadaan. Tetapi simulasi menunjukkan bahwa tekanan yang lebih tinggi di area bahan bakar harus bertindak untuk menstabilkan peningkatan gaya yang masuk.

“Titik impas masih dua kali lipat, tetapi simulasi yang menangkap tren eksperimental kami menunjukkan urutan lain dari kenaikan besaran hasil dimungkinkan dengan peningkatan tambahan parameter masukan,” kata Gomez.

Dia menyebutkan lebih banyak bahan bakar, semburan laser yang lebih kuat, medan magnet, dan pulsa listrik sebagai faktor kontribusi yang dapat dikontrol yang mengarah ke output yang lebih tinggi yang dia anggap tak terelakkan.

Pekerjaan ini didukung oleh Penghargaan Karir Awal Presiden untuk Ilmuwan dan Insinyur dan Administrasi Keamanan Nuklir Nasional.


Laboratorium Nasional Sandia adalah laboratorium multimisi yang dioperasikan oleh Solusi Teknik dan Teknologi Nasional Sandia LLC, anak perusahaan yang sepenuhnya dimiliki oleh Honeywell International Inc., untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi AS. Sandia Labs memiliki tanggung jawab penelitian dan pengembangan utama dalam pencegahan nuklir, keamanan global, pertahanan, teknologi energi dan daya saing ekonomi, dengan fasilitas utama di Albuquerque, New Mexico, dan Livermore, California.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author