NIF目标腔内部的人

美国国家点火装置(如图所示)靶室是美国足球场大小的三个。来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室

科学家在美国能源部的旗舰激光设备本月早些时候打破了自己的记录超过1亿亿瓦的核聚变发电的几分之一秒——大约700乘以整个美国电网的发电能力在任何给定的时刻。新闻的突破令人冀望处国家点火装置(NIF)可能会达到的目标产生更多的能量比它消耗持续聚变反应。

住在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室,美国3.5美元机构不作为发电厂的原型设计,然而,而是探针聚变反应热核的核心武器。美国禁止地下核试验后在1992年冷战结束,美国能源部提出了NIF作为一个更大的科学库存管理计划的一部分,旨在验证的可靠性没有引爆其中的任何一个国家的核武器。

本月的激光核聚变突破,科学家持谨慎乐观态度,NIF可能兑现承诺,帮助物理学家们更好地理解核聚变的起始——因此引爆核武器。“这是真正的科学问题为我们目前,”马克·赫曼说,利弗莫尔的副主任物理学基本武器。“我们可以去哪?进一步我们可以去多少钱?”

在这里自然看着NIF的长途旅行,提前对能源部门的管理计划和未来。

NIF如何实现核聚变?

十层楼高,横跨三个美国足球场的面积,NIF房子一组光学和镜子,放大和光子的初始脉冲分割成192紫外激光束,最终他们关注的目标比铅笔橡皮擦。光束击中目标-金缸约1.9焦耳的能量在不到4/1000000000秒,建立温度和压力只有在恒星和热核炸弹。

面对这种脉冲功率,汽缸,持有冻丸氘和氚,崩溃的氢同位素在颗粒的核心加热,融合并生成氦原子核,中子和电磁辐射。目的是释放颗粒的级联,导致更多的融合和粒子,因此创建一个持续聚变反应;根据定义,“点火”时发生聚变反应产生更多的能源消耗。实验初步结果表明,8月8日聚变反应生成了一个暑期70%的创纪录的力量进入实验——几乎达到点火。

2009年NIF开始运营。为什么这么久才(几乎)实现点火?

没人说这很容易,但建筑NIF被证明是更复杂的比官员最初想象的努力。1997年开始建设十多年后结束几年落后于预定计划,和至少24亿美元的预算。

NIF错过了到2012年实现点火的目标;科学家们花了年微调设施和优化目标引入反应室。最近的成功是实现大规模系统经过多次变化,包括新的诊断方法,target-fabrication技术的提高和增强激光的精度。

NIF目标定位器

NIF 192束激光聚焦在目标,创建与温度和压力在热核炸弹。来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室

早在NIF开第一枪之前,被争议。独立科学家质疑设计和设施的管理。早在2016年5月,美国国家核安全局(NNSA),美国能源部(DOE)的一个分支,监督NIF核武器和基金的每年3.5亿美元左右,质疑这些设施会实现其点火目标。

但连长期设施的批评者也承认最近的突破是向前迈出了一大步。等离子体物理学家斯蒂芬•。博得纳曾在华盛顿特区的美国海军研究实验室工作,说他是“惊喜”,结果,假设它是可再生的。“我期待着阅读的科学报告,解释了它,”他说。

利弗莫尔团队及其合作者刚刚开始钻研的结果,但初步数据显示8番增加能源产量与几个月前的实验相比,和增加25倍与之前报道的记录相比,设置在2018年。实验室官员表示,他们宣布的同行评议的出版物,因为新闻之前实验结果已经通过融合社区蔓延。

如果NIF达到完整的点火,结果教科学家关于核武器呢?

理论上,NIF可以提供更好的理解准确的必要条件启动和维持聚变反应——这是,在某种意义上,设施的科学家们一直在锻炼他们优化系统在过去的12年。这个问题也在储备管理的核心项目。

自1992年以来,物理学家已经建立一个全面的计划,学习美国的核武库与日益强大的超级计算机和其他几十个研究机构旨在测试从核材料和组件炸药。虽然NIF不是引爆微型炸弹,赫曼说,其实验可以帮助科学家们改善他们所使用的计算机模型来模拟武器将如何引爆,可能减少不确定性。其他实验可能测试电子和其他组件在一个武器在面对强烈的辐射将战争在一个充满敌意的环境中。

许多科学家认为,设施也支持国家的核武器储备的信心-和病房关闭外部威胁核领域通过帮助来吸引年轻的研究人员和维护更广泛的科学事业。”有一个整体的元素显示科学实力是很重要的,”赫尔曼说。

但美国NIF必要储备管理计划?

一些批评人士质疑科学家需要设备维护美国的核武器。他们说管理计划已经提振信心NNSA中的储备,并指出该机构现在提议建立有效是什么新的核武器,而不是简单地维持当前缓存以最小的变化。

”显示大量的傲慢,或令人难以置信的信心,你可以建造很多我们需要在接下来的50年,即使没有一个正常运作的NIF,”克里斯滕森说,核信息项目负责人在华盛顿特区的美国科学家联合会。

赫尔曼认为NIF仍然可以帮助,虽然。他说核武器科学家不断根据有限的实验数据作为评估他们的计算机模拟。从收集的信息更有活力NIF聚变反应,他说,将允许他们测试模型更直接,希望减少不确定性和方便的国家核安全管理局证明阿森纳的武器将引爆如果需要,而不是之前。

所以NIF接下来会发生什么?

终极测试——团队能否复制其8月8日成功——最早可能在10月,实验室官员说。与此同时,科学家们急于了解并公布他们的发现。由于设备操作的科学优势是可能的,即使是轻微的变化目标的生产胶囊的调优或激光可能导致系统产生更多,或更少,能量比早期的实验中,赫曼说。“我们不能做相同的实验目标,因为我们引爆目标,”他说。但是随着时间的推移,他补充说,科学团队应该能够重复和构建成功,进一步推动设施。