stringtranslate.com

Национальный центр зажигания

Большое здание
Национальный центр зажигания, расположенный в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса
см. заголовок
Сборка мишени для первого интегрированного эксперимента NIF по зажиганию установлена ​​в криогенной системе позиционирования мишени, или cryoTARPOS. Два треугольных рычага образуют кожух вокруг холодной мишени, чтобы защитить ее, пока они не откроются за пять секунд до выстрела.

National Ignition Facility ( NIF ) — это лазерное исследовательское устройство для термоядерного синтеза с инерционным удержанием (ICF), расположенное в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния , США. Миссия NIF — добиться термоядерного зажигания с высоким коэффициентом усиления энергии . Он впервые достиг научного безубыточного управляемого термоядерного синтеза в эксперименте 5 декабря 2022 года с коэффициентом усиления энергии 1,5. [1] [2] Он поддерживает техническое обслуживание и проектирование ядерного оружия , изучая поведение материи в условиях, возникающих при ядерных взрывах. [3]

NIF — самое большое и мощное устройство ICF, созданное на сегодняшний день. [4] Основная концепция ICF заключается в сжатии небольшого количества топлива для достижения давления и температуры, необходимых для синтеза. NIF размещает самый мощный лазер в мире . Лазер нагревает внешний слой небольшой сферы. Энергия настолько интенсивна, что заставляет сферу взрываться, сжимая топливо внутри. Взрыв достигает пиковой скорости 350 км/с (0,35 мм/нс), [5] повышая плотность топлива примерно с плотности воды до примерно 100 раз больше, чем у свинца . Подача энергии и адиабатический процесс во время взрыва повышают температуру топлива до сотен миллионов градусов. При этих температурах процессы синтеза происходят в крошечном интервале, прежде чем топливо взорвется наружу.

Строительство NIF началось в 1997 году. NIF был завершен на пять лет позже графика и обошелся почти в четыре раза дороже первоначального бюджета. Строительство было сертифицировано как завершенное 31 марта 2009 года Министерством энергетики США . [6] Первые крупномасштабные эксперименты были проведены в июне 2009 года [7] , а первые «эксперименты по интегрированному зажиганию» (которые проверяли мощность лазера) были объявлены завершенными в октябре 2010 года. [8]

С 2009 по 2012 год проводились эксперименты в рамках Национальной кампании по зажиганию с целью достижения зажигания сразу после того, как лазер достигнет полной мощности, где-то во второй половине 2012 года. Кампания официально завершилась в сентябре 2012 года, примерно при 1 ⁄ 10 условиях, необходимых для зажигания. [9] [10] После этого NIF использовался в основном для материаловедения и исследований оружия. В 2021 году, после усовершенствований в конструкции топливной мишени, NIF выработал 70% энергии лазера, побив рекорд, установленный в 1997 году реактором JET в 67%, и достигнув горящей плазмы . [11] 5 декабря 2022 года, после дальнейших технических усовершенствований, NIF впервые достиг «зажигания», или научного безубыточности , достигнув выхода энергии в 154% по сравнению с входной энергией. [12] Однако, хотя это было научным успехом, [13] эксперимент на практике произвел менее 1% энергии, использованной установкой для его создания: [14] в то время как 3,15 МДж энергии было получено из 2,05 МДж входной энергии, [15] лазерам, выдающим 2,05 МДж энергии, потребовалось около 300 МДж для производства на установке. [13]

Основы термоядерного синтеза с инерционным удержанием

Фотография сделана снаружи целевой камеры.
Фотография сделана внутри целевой камеры.

Устройства инерциального термоядерного синтеза (ICF) используют интенсивную энергию для быстрого нагрева внешних слоев цели с целью ее сжатия. Ядерное деление обеспечивает источник энергии для термоядерных боеголовок, в то время как такие источники, как лазеры и пучки частиц, используются в устройствах без деления. [16]

Цель представляет собой небольшую сферическую таблетку, содержащую несколько миллиграммов термоядерного топлива, обычно смеси дейтерия (D) и трития (T), поскольку этот состав имеет самую низкую температуру воспламенения. [16]

Несколько лазерных лучей нагревают поверхность гранулы, превращая ее в плазму , которая взрывается от поверхности. Остальная часть гранулы втягивается внутрь со всех сторон, в небольшой объем чрезвычайно высокой плотности. Поверхностный взрыв создает ударные волны , которые движутся внутрь. В центре топлива небольшой объем дополнительно нагревается и сжимается. Когда температура и плотность достаточно высоки, происходят реакции синтеза. [17] Энергия должна подаваться быстро и распределяться чрезвычайно равномерно по внешней поверхности цели, чтобы сжать топливо симметрично. [18]

Реакции высвобождают высокоэнергетические частицы, некоторые из которых, в первую очередь альфа-частицы , сталкиваются с нераспавшимся топливом и нагревают его еще больше, потенциально вызывая дополнительный синтез. В то же время топливо также теряет тепло из-за потерь рентгеновского излучения и горячих электронов, покидающих область топлива. Таким образом, скорость альфа-нагрева должна быть больше скорости потерь, что называется самозапуском . [19] При правильных условиях — достаточно высокой плотности, температуре и продолжительности — самозапуск приводит к цепной реакции , горящей от центра наружу. Это известно как зажигание , при котором расплавляется значительная часть топлива и выделяется большое количество энергии. [20]

По состоянию на 1998 год большинство экспериментов ICF использовали лазерные драйверы. Были исследованы и другие драйверы, такие как тяжелые ионы, приводимые в движение ускорителями частиц . [21] [22]

Дизайн

Система

Диаграмма Сэнки лазерной энергии в hohlraum рентгеновского излучения в капсулу-мишень эффективность сопряжения энергии. Обратите внимание, что «лазерная энергия» после преобразования в УФ , которая теряет около 50% исходной ИК- мощности. Преобразование рентгеновского тепла в энергию в топливе теряет еще 90% — из 1,9 МДж лазерного света только около 10 кДж оказывается в самом топливе.

С 2004 года NIF использовал метод непрямого привода, при котором лазер нагревает небольшой металлический цилиндр, окружающий капсулу внутри него. Тепло заставляет цилиндр, известный как hohlraum (по-немецки «полая комната» или полость), повторно излучать энергию в виде рентгеновских лучей еще более высокой частоты , которые еще более равномерно распределены и симметричны. Экспериментальные системы, включая лазеры OMEGA и Nova , подтвердили этот подход. [23] Высокая мощность NIF поддерживает гораздо большую цель; базовая конструкция гранулы составляет около 2 мм в диаметре. Она охлаждается примерно до 18 Кельвинов (−255 °C) и покрывается слоем замороженного дейтерий-тритиевого (DT) топлива. Полая внутренняя часть содержит небольшое количество DT-газа. [24]

В типичном эксперименте лазер генерирует 3 МДж инфракрасной лазерной энергии из возможных 4. Около 1,5 МДж остается после преобразования в УФ, а еще 15 процентов теряется в хольрауме. Около 15 процентов полученных рентгеновских лучей, около 150 кДж, поглощаются внешними слоями мишени. [25] Связь между капсулой и рентгеновскими лучами является потерей, и в конечном итоге только около 10-14 кДж энергии откладывается в топливе. [26]

Топливо в центре мишени сжимается до плотности около 1000 г/см3 . [27] Для сравнения, свинец имеет плотность около 11 г/см3 . Давление эквивалентно 300 миллиардам атмосфер . [19]

На основе моделирования ожидалось [ когда? ] , что будет высвобождено около 20 МДж энергии термоядерного синтеза, что приведет к чистому выигрышу энергии термоядерного синтеза, обозначенному Q , около 15 (энергия термоядерного синтеза на выходе/энергия УФ-лазера на входе). [25] Ожидается, что усовершенствования как лазерной системы, так и конструкции хольраума улучшат энергию, поглощаемую капсулой, до примерно 420 кДж (и, таким образом, возможно, от 40 до 50 в самом топливе), что, в свою очередь, может генерировать до 100–150 МДж энергии термоядерного синтеза. [27] Базовая конструкция допускает максимум около 45 МДж энергии термоядерного синтеза из-за конструкции целевой камеры. [28] Это эквивалентно взрыву около 11 кг тротила . [29] Моделирование показывает, что в лучшем случае имплозия произведет максимальную энергию 7 МДж, что значительно ниже физического предела камеры. [30]

По состоянию на 1996 год эти выходные энергии были меньше 400 МДж [31] энергии в конденсаторах системы, которые питают лазерные усилители. Чистая эффективность NIF при подключении к розетке (выходная энергия УФ-лазера, деленная на энергию, необходимую для накачки лазеров из внешнего источника) будет меньше одного процента, а общая эффективность от стены до слияния в лучшем случае составляет менее 10%. Чтобы быть полезным для производства энергии, выход термоядерного синтеза должен быть как минимум на порядок больше этого входа. Коммерческие лазерные термоядерные системы будут использовать гораздо более эффективные твердотельные лазеры с диодной накачкой , где была продемонстрирована эффективность при подключении к розетке в 10 процентов, а эффективность 16–18 процентов ожидалась с передовыми концепциями, находящимися в разработке в 1996 году. [32]

Лазер

Одна из комнат, в которой усиливается лазер

В 2010 году NIF поставила себе целью создать одну пиковую вспышку света мощностью 500  тераватт (ТВт), которая достигнет цели с нескольких направлений в течение нескольких пикосекунд . В конструкции используются 192 пучка в параллельной системе накачиваемых лампой-вспышкой, неодимовых фосфатных стеклянных лазеров. [33]

Чтобы гарантировать, что выход пучков равномерен, лазер усиливается из одного источника в системе лазерной инжекции (ILS). Это начинается с маломощной вспышки инфракрасного света 1053 нанометра (нм), генерируемой в легированном иттербием оптоволоконном лазере, называемом главным генератором. [34] Его свет разделяется и направляется в 48 модулей предусилителя (PAM). Каждый PAM проводит двухступенчатый процесс усиления с помощью ксеноновых импульсных ламп . Первая ступень представляет собой регенеративный усилитель, в котором импульс циркулирует от 30 до 60 раз, увеличивая его энергию с наноджоулей до десятков миллиджоулей. Вторая ступень посылает свет четыре раза через цепь, содержащую усилитель на неодимовом стекле, аналогичный (но намного меньший) тем, которые используются в основных пучках, увеличивая миллиджоули примерно до 6 джоулей. По словам LLNL, проектирование PAM было одной из основных проблем. Последующие усовершенствования позволили им превзойти первоначальные проектные цели. [35]

Основное усиление происходит в серии стеклянных усилителей, расположенных на одном конце пучковых линий. Перед включением усилители сначала оптически накачиваются в общей сложности 7680 импульсными лампами. Лампы питаются от конденсаторной батареи, которая хранит 400 МДж (110 кВт·ч). Когда волновой фронт проходит через них, усилители высвобождают часть накопленной в них энергии в пучок. Пучки направляются через основной усилитель четыре раза с использованием оптического переключателя , расположенного в зеркальной полости. Эти усилители усиливают исходные 6 Дж до номинальных 4 МДж. [17] Учитывая временной масштаб в несколько наносекунд, пиковая мощность УФ-излучения, подаваемая на цель, достигает 500 ТВт. [36]

Вблизи центра каждой линии пучка, занимая большую часть общей длины, находятся пространственные фильтры . Они состоят из длинных трубок с небольшими телескопами на конце, которые фокусируют луч в крошечную точку в центре трубки, где маска отсекает любой рассеянный свет за пределами фокальной точки. Фильтры гарантируют, что изображение луча будет чрезвычайно однородным. Пространственные фильтры были большим шагом вперед. Они были введены в лазере Cyclops , более раннем эксперименте LLNL. [37]

Длина пути, по которому проходит лазерный луч, включая переключатели, составляет около 1500 метров (4900 футов). Различные оптические элементы в каналах пучка обычно упакованы в сменные линейные блоки (LRU), стандартизированные коробки размером с торговый автомат , которые можно вынуть из канала пучка для замены снизу. [38]

После завершения усиления свет переключается обратно в лучевую линию, где он проходит в дальний конец здания к целевой камере. Целевая камера представляет собой многосекционную стальную сферу диаметром 10 метров (33 фута) весом 130 000 килограммов (290 000 фунтов). [39] Непосредственно перед достижением целевой камеры свет отражается от зеркал в распределительном устройстве и целевой зоне, чтобы поразить цель с разных направлений. Поскольку длина пути от главного генератора до цели различна для каждой лучевой линии, оптика используется для задержки света, чтобы гарантировать, что все они достигнут центра в течение нескольких пикосекунд друг от друга. [40]

Базовая схема NIF. Лазерный импульс генерируется в комнате справа от центра и отправляется в лучевые каналы (синие) с обеих сторон. После нескольких проходов через лучевые каналы свет отправляется в «распределительную станцию» (красный), где он направляется в целевую камеру (серебряный).

Одним из последних шагов перед достижением целевой камеры является преобразование инфракрасного (ИК) света на 1053 нм в ультрафиолетовый (УФ) на 351 нм в устройстве, известном как преобразователь частоты . [41] Они сделаны из тонких листов (толщиной около 1 см), вырезанных из монокристалла дигидрофосфата калия . Когда свет 1053 нм (ИК) проходит через первый из двух этих листов, сложение частот преобразует большую часть света в свет 527 нм (зеленый). При прохождении через второй лист комбинация частот преобразует большую часть света 527 нм и оставшийся свет 1053 нм в свет 351 нм (УФ). Инфракрасный (ИК) свет гораздо менее эффективен, чем УФ, при нагревании мишеней, потому что ИК сильнее связывается с горячими электронами , которые поглощают значительное количество энергии и мешают сжатию. Процесс преобразования может достигать пиковой эффективности около 80 процентов для лазерного импульса, имеющего плоскую временную форму, но временная форма, необходимая для зажигания, значительно меняется в течение длительности импульса. Фактический процесс преобразования эффективен около 50 процентов, снижая доставленную энергию до номинальных 1,8 МДж. [42]

По состоянию на 2010 год одним из важных аспектов любого исследовательского проекта ICF было обеспечение возможности проведения экспериментов в установленные сроки. Предыдущие устройства обычно должны были остывать в течение многих часов, чтобы лампы-вспышки и лазерное стекло могли восстановить свою форму после срабатывания (из-за теплового расширения), что ограничивало их использование одним или меньшим количеством срабатываний в день. Одной из целей NIF было сократить это время до менее четырех часов, чтобы обеспечить 700 срабатываний в год. [43]

Макет позолоченного хольраума, разработанного для НИФ
Топливная «мишень» NIF, заполненная либо газом D – T , либо льдом D–T. Капсула удерживается в хольрауме с помощью тонкой пластиковой ленты.

Другие концепции

NIF также изучает новые типы мишеней. В предыдущих экспериментах обычно использовались пластиковые абляторы , как правило, полистирол (CH). Мишени NIF изготавливаются путем покрытия пластиковой формы слоем распыленного бериллия или сплава бериллия и меди, а затем окисления пластика из центра. [44] [45] Бериллиевые мишени обеспечивают более высокую эффективность имплозии от рентгеновских лучей. [46]

Хотя NIF изначально был разработан как устройство непрямого привода, энергия лазера по состоянию на 2008 год была достаточно высокой, чтобы использовать его в качестве системы прямого привода, где лазер светит прямо на цель без преобразования в рентгеновские лучи. Мощность, выдаваемая ультрафиолетовыми лучами NIF, была оценена как более чем достаточная для зажигания, что позволило увеличить энергию термоядерного синтеза примерно в 40 раз, что несколько выше, чем у системы непрямого привода. [47]

По состоянию на 2005 год масштабные имплозии на лазере OMEGA и компьютерное моделирование показали, что NIF способен воспламеняться с использованием конфигурации полярного прямого привода (PDD), где цель облучалась непосредственно лазером только сверху и снизу, без изменений в схеме пучка NIF. [48]

По состоянию на 2005 год другие мишени, называемые мишенями Сатурна, были специально разработаны для уменьшения анизотропии и улучшения имплозии. [49] Они имеют небольшое пластиковое кольцо вокруг «экватора» мишени, которое становится плазмой при попадании лазера. Часть лазерного света преломляется через эту плазму обратно к экватору мишени, выравнивая нагрев. Считается возможным зажигание NIF с коэффициентом усиления чуть более 35 раз, что дает результаты почти такие же хорошие, как и полностью симметричный подход с прямым приводом. [48]

История

Импетус, 1957

История ICF в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Ливерморе, штат Калифорния , началась с физика Джона Наколлса , который начал рассматривать эту проблему после встречи 1957 года, организованной там Эдвардом Теллером . Во время этих встреч возникла идея, позже известная как PACER . PACER предполагал взрыв небольших водородных бомб в больших пещерах для получения пара, который будет преобразован в электрическую энергию. После выявления проблем с этим подходом Наколлс задался вопросом, насколько маленькой можно сделать бомбу, которая все еще будет генерировать чистую положительную мощность. [50]

Типичная водородная бомба состоит из двух частей: плутониевой бомбы деления, известной как первичная , и цилиндрической компоновки термоядерного топлива, известной как вторичная . Первичная часть испускает рентгеновские лучи, которые удерживаются внутри корпуса бомбы. Они нагревают и сжимают вторичную часть, пока она не воспламенится. Вторичная часть состоит из топлива из дейтерида лития (LiD), которому требуется внешний источник нейтронов. Обычно это небольшая плутониевая «свеча зажигания» в центре топлива. Идея Наколлса состояла в том, чтобы исследовать, насколько маленькой может быть вторичная часть, и какое влияние это окажет на энергию, необходимую от первичной части для воспламенения. Самое простое изменение — заменить топливо LiD на газ DT, устраняя необходимость в свече зажигания. Это позволяет использовать вторичные части любого размера — по мере сжатия вторичной части уменьшается и количество энергии, необходимое для воспламенения. На уровне миллиграммов уровни энергии начали приближаться к тем, которые доступны через несколько известных устройств. [50]

К началу 1960-х годов Наколлс и несколько других разработчиков оружия разработали схемы ICF. Топливо DT должно было быть помещено в небольшую капсулу, разработанную для быстрой абляции при нагревании и, таким образом, максимизации сжатия и образования ударной волны. Эта капсула должна была быть помещена в инженерную оболочку, хольраум, которая действовала как корпус бомбы. Хольраум не обязательно было нагревать рентгеновскими лучами; можно было использовать любой источник энергии, если он давал достаточно энергии для нагрева хольраума и создания рентгеновских лучей. В идеале источник энергии должен был располагаться на некотором расстоянии, чтобы механически изолировать оба конца реакции. В качестве источника энергии могла бы использоваться небольшая атомная бомба, как в водородной бомбе, но в идеале следовало бы использовать меньшие источники энергии. Используя компьютерное моделирование, команды подсчитали, что от первичной обмотки потребуется около 5 МДж энергии, что даст пучок в 1 МДж. [50] Чтобы представить это в перспективе, небольшая (0,5 кт) первичная обмотка деления выделяет 2 ТДж. [51] [52] [53]

Программа ICF, 1970-е годы

В то время как Наколлс и LLNL работали над концепциями на основе хольраума, физик из Калифорнийского университета в Сан-Диего Кит Брюкнер независимо работал над прямым приводом. В начале 1970-х Брюкнер основал KMS Fusion , чтобы коммерциализировать эту концепцию. Это вызвало ожесточенное соперничество между KMS и оружейными лабораториями. Ранее игнорируемая, ICF стала горячей темой, и большинство лабораторий начали работу над ICF. [50] LLNL решила сосредоточиться на стеклянных лазерах, в то время как другие учреждения изучали газовые лазеры, использующие углекислый газ (например, ANTARES, Национальная лаборатория Лос-Аламоса ) или KrF (например, лазер Nike , Военно-морская исследовательская лаборатория ). [54]

На протяжении этих ранних стадий большая часть понимания процесса термоядерного синтеза была результатом компьютерного моделирования, в первую очередь LASNEX . LASNEX упростил реакцию до 2-мерного приближения, что было возможно при имеющейся вычислительной мощности. LASNEX подсчитал, что лазерные драйверы в диапазоне кДж могут достигать низкого усиления, что как раз соответствовало современному уровню техники. [50] Это привело к проекту лазера Shiva , который был завершен в 1977 году. Shiva не достиг своих целей. Достигнутые плотности были в тысячи раз меньше прогнозируемых. Это было связано с проблемами со способом, которым лазер доставлял тепло к цели. Большая часть его энергии направлялась на электроны, а не на всю массу топлива. Дальнейшие эксперименты и моделирование показали, что этот процесс можно значительно улучшить, используя более короткие длины волн. [55]

Дальнейшие обновления программ моделирования, учитывающие эти эффекты, предсказывали, что другая конструкция достигнет зажигания. Эта система приняла форму 20-лучевого лазера Nova 200 кДж . На этапе строительства Наколлс обнаружил ошибку в своих расчетах, и обзор в октябре 1979 года под председательством бывшего директора LLNL Джона С. Фостера-младшего подтвердил, что Nova не достигнет зажигания. Он был модифицирован в меньшую 10-лучевую конструкцию, которая преобразовывала свет в 351 нм и увеличивала эффективность связи. [56] Nova смогла доставить около 30 кДж энергии УФ-лазера, примерно половину того, что ожидалось, в основном из-за оптического повреждения окончательной фокусирующей оптики. Даже на этих уровнях было ясно, что прогнозы относительно производства термоядерного синтеза были неверны; даже при ограниченных доступных мощностях выход термоядерного синтеза был намного ниже прогнозов. [ необходима цитата ]

Галит и Центурион, 1978 г.

Каждый эксперимент показывал, что энергия, необходимая для воспламенения, продолжала недооцениваться. Министерство энергетики (DOE) решило, что прямой эксперимент был лучшим способом решить этот вопрос, и в 1978 году они начали серию подземных экспериментов на испытательном полигоне в Неваде , в которых использовались небольшие ядерные бомбы для освещения целей ICF. Тесты были известны как Halite (LLNL) и Centurion (LANL). [57]

Основная концепция испытаний была разработана в 1960-х годах как способ разработки боеголовок противоракетной обороны . Было обнаружено, что бомбы, которые взрывались за пределами атмосферы, испускали вспышки рентгеновского излучения, которые могли повредить боеголовку противника на большом расстоянии. Чтобы проверить эффективность этой системы и разработать контрмеры для защиты боеголовок США, Агентство по атомной поддержке обороны разработало систему, которая размещала цели в конце длинных туннелей за быстро закрывающимися дверями. Двери были рассчитаны на закрытие в короткий период между поступлением рентгеновских лучей и последующим взрывом. Это спасало боеголовку ( БЧ) от повреждения взрывом и позволяло проводить их осмотр. [57]

Испытания ICF использовали ту же систему, заменив RV на hohlraums. Каждое испытание одновременно освещало множество целей, каждая на разном расстоянии от бомбы, чтобы проверить эффект изменения освещения. Другой вопрос заключался в том, насколько большой должна быть топливная сборка, чтобы топливо самонагревалось от реакций синтеза и, таким образом, достигало воспламенения. Первоначальные данные были доступны к середине 1984 года, и испытания прекратились в 1988 году. Во время этих испытаний впервые было достигнуто воспламенение. Количество энергии и размер топливных мишеней, необходимых для воспламенения, были намного выше, чем прогнозировалось. [58] В этот же период начались эксперименты на Nova с использованием аналогичных целей, чтобы понять их поведение под лазерным освещением, что позволило провести прямое сравнение с испытаниями бомбы. [59]

Эти данные предполагают, что для воспламенения потребуется около 10 МДж рентгеновской энергии, что намного превышает то, что было рассчитано ранее. [58] [60] [61] [62] Если эти рентгеновские лучи создаются путем направления ИК-лазера в хольраум, как в Nova или NIF, то потребуется значительно больше лазерной энергии, порядка 100 МДж. [58]

Это вызвало дебаты в сообществе ICF. [58] Одна группа предложила попытку построить лазер такой мощности; Леонардо Маскерони и Клод Фиппс разработали новый тип лазера на фтористом водороде, накачиваемого высокоэнергетическими электронами и достигающего порога в 100 МДж. Другие использовали те же данные и новые версии своих компьютерных симуляций, чтобы предположить, что тщательное формирование лазерного импульса и большее количество лучей, распределенных более равномерно, могут достичь зажигания с помощью лазера мощностью от 5 до 10 МДж. [63] [64]

Эти результаты побудили DOE запросить индивидуальную военную установку ICF под названием «Лабораторная установка микрослияния» (LMF). LMF будет использовать драйвер порядка 10 МДж, обеспечивая выход синтеза от 100 до 1000 МДж. Обзор этой концепции Национальной академией наук в 1989–1990 годах показал, что LMF слишком амбициозен, и что фундаментальная физика нуждается в дальнейшем изучении. Они рекомендовали провести дополнительные эксперименты, прежде чем пытаться перейти к системе на 10 МДж. Тем не менее, авторы отметили: «Действительно, если бы действительно оказалось, что для зажигания и усиления требуется драйвер на 100 МДж, пришлось бы переосмыслить весь подход к ICF и его обоснование». [65]

Лабораторная установка микросинтеза и модернизация Nova, 1990 г.

По состоянию на 1992 год стоимость лабораторного микрослияния оценивалась примерно в 1 миллиард долларов. [66] LLNL изначально представила проект с драйвером 5 МДж 350 нм (УФ), который мог бы достигать выходной мощности около 200 МДж, что было достаточно для достижения большинства целей LMF. Стоимость этой программы оценивалась примерно в 600 миллионов долларов 1989 финансового года. Дополнительные 250 миллионов долларов были бы потрачены на ее модернизацию до полных 1000 МДж. Общая сумма превысила бы 1 миллиард долларов для достижения всех целей, запрошенных DOE. [66]

Обзор NAS привел к переоценке этих планов, и в июле 1990 года LLNL ответила модернизацией Nova, которая повторно использовала большую часть Nova вместе с соседним объектом Shiva. Полученная система была бы намного менее мощной, чем концепция LMF, с драйвером около 1 МДж. [67] Новый проект включал функции, которые продвинули современное состояние в секции драйвера, включая многопроходность в основных усилителях и 18 каналов пучка (вместо 10), которые разделялись на 288 «лучевых элементов» при входе в целевую область. Планы предусматривали установку двух основных банков каналов пучка, одного в существующем помещении канала пучка Nova, а другого в старом здании Shiva по соседству, простирающегося через его лазерный отсек и целевую область в модернизированную целевую область Nova. Лазеры должны были выдавать около 500 ТВт за 4 нс импульс. Ожидалось, что модернизация даст выход термоядерного синтеза от 2 до 10 МДж. Первоначальные оценки 1992 года предполагали стоимость строительства около 400 миллионов долларов, строительство велось с 1995 по 1999 год. [66]

НИФ, 1994

В течение этого периода окончание Холодной войны привело к резким изменениям в финансировании и приоритетах обороны. Политическая поддержка ядерного оружия снизилась, а соглашения о вооружениях привели к сокращению количества боеголовок и уменьшению объема конструкторских работ. США столкнулись с перспективой потери поколения разработчиков ядерного оружия, способных поддерживать существующие запасы или разрабатывать новое оружие. [68] В то же время в 1996 году был подписан Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (CNTB), который запрещал все испытания на критичность и затруднял разработку новых поколений ядерного оружия.

Предусилители Национального центра зажигания являются первым шагом в увеличении энергии лазерных лучей по мере их продвижения к целевой камере. В 2012 году NIF достигла 500-тераваттного выстрела — в 1000 раз больше мощности, чем потребляют Соединенные Штаты в любой момент времени .

Из этих изменений возникла Программа управления и контроля запасов (SSMP), которая, среди прочего, включала средства на разработку методов проектирования и создания ядерного оружия без необходимости его взрывных испытаний. В ходе серии встреч, которые начались в 1995 году, между лабораториями было достигнуто соглашение о разделении усилий SSMP. Важной частью этого было подтверждение компьютерных моделей с использованием экспериментов ICF с низкой мощностью. Nova Upgrade была слишком мала для использования в этих экспериментах. [69] [a] Перепроектирование переросло в NIF в 1994 году. Оценочная стоимость проекта оставалась почти в 1 миллиард долларов, с завершением в 2002 году. [70]

Несмотря на соглашение, большая стоимость проекта в сочетании с окончанием аналогичных проектов в других лабораториях привели к критическим комментариям ученых из других лабораторий, в частности Sandia National Laboratories . В мае 1997 года ученый-исследователь Sandia Рик Спилман публично заявил, что NIF «практически не имеет внутренней экспертной оценки по техническим вопросам» и что «Ливермор по сути выбрал группу для проверки себя». [71] Ушедший на пенсию менеджер Sandia Боб Пьюрифой был еще более прямолинеен, чем Спилман: «NIF бесполезен... его нельзя использовать для поддержания запасов, и точка». [72] Рэй Киддер , один из первоначальных разработчиков концепции ICF в LLNL, также был весьма критичен. В 1997 году он заявил, что его основной целью было «набрать и поддерживать штат теоретиков и экспериментаторов», и что, хотя некоторые экспериментальные данные окажутся полезными для разработки оружия, различия в экспериментальной установке ограничивают их актуальность. «Часть физики та же самая; но детали, «где кроется дьявол», совершенно разные. Поэтому было бы также неверно предполагать, что NIF сможет поддерживать в долгосрочной перспективе штат разработчиков и инженеров оружия с детальной проектной компетенцией, сопоставимой с компетенцией тех, кто сейчас работает в лабораториях по проектированию оружия». [73]

В 1997 году Виктор Рейс, помощник секретаря по оборонным программам в DOE и главный архитектор SSMP, защищал программу, заявив Комитету по вооруженным силам Палаты представителей США , что NIF была «разработана для создания, впервые в лабораторных условиях, условий температуры и плотности вещества, близких к тем, которые возникают при детонации ядерного оружия. Возможность изучать поведение вещества и передачу энергии и излучения в этих условиях является ключом к пониманию базовой физики ядерного оружия и прогнозированию его эффективности без подземных ядерных испытаний». [74] В 1998 году две комиссии JASON, в состав которых входили научные и технические эксперты, заявили, что NIF является наиболее научно ценной из всех программ, предложенных для научно обоснованного управления запасами. [75]

Несмотря на первоначальную критику, Сандия, как и Лос-Аламос, поддержали разработку многих технологий NIF, [76] и обе лаборатории позже [ когда? ] стали партнерами NIF в Национальной кампании по возрождению. [77]

Строительство первого блока, 1994–1998 гг.

Лазер Beamlet испытывал конструкцию и методы, которые будут использоваться в NIF.
Целевая камера NIF была настолько большой, что ее пришлось строить секциями.

Работа над NIF началась с одного демонстратора пучка, Beamlet. Beamlet успешно работал с 1994 по 1997 год. Затем он был отправлен в Sandia National Laboratories в качестве источника света в их машине Z. Затем последовал полноразмерный демонстратор в AMPLAB, который начал работу в 1997 году. [78] Официальное заложение фундамента на главной площадке NIF состоялось 29 мая 1997 года. [79]

В то время DOE оценивало, что NIF будет стоить приблизительно 1,1 миллиарда долларов и еще 1 миллиард долларов на сопутствующие исследования, и будет завершен не позднее 2002 года. [80] Позже в 1997 году DOE одобрило дополнительное финансирование в размере 100 миллионов долларов и перенесло дату ввода в эксплуатацию на 2004 год. Еще в 1998 году в публичных документах LLNL указывалось, что общая стоимость составила 1,2 миллиарда долларов, при этом первые восемь лазеров будут введены в эксплуатацию в 2001 году, а полное завершение — в 2003 году. [81]

Физический масштаб объекта сам по себе сделал проект строительства сложным. К тому времени, когда «обычный объект» (оболочка для лазера) был завершен в 2001 году, было выкопано более 210 000 кубических ярдов грунта, залито более 73 000 кубических ярдов бетона, установлено 7 600 тонн арматурной стали и возведено более 5 000 тонн конструкционной стали. Чтобы изолировать лазерную систему от вибрации, фундамент каждого лазерного отсека был сделан независимым от остальной части конструкции. Плиты толщиной в три фута, длиной в 420 футов и шириной в 80 футов требовали непрерывной заливки бетона для достижения своих спецификаций. [82]

В ноябре 1997 года шторм Эль-Ниньо вылил два дюйма дождя за два часа, затопив площадку NIF 200 000 галлонами воды всего за три дня до запланированной заливки фундамента. Земля была настолько мокрой, что каркас подпорной стенки просел на шесть дюймов, заставив бригаду разобрать и собрать его заново. [82] Строительство было остановлено в декабре 1997 года, когда были обнаружены кости мамонта возрастом 16 000 лет . Палеонтологов вызвали, чтобы извлечь и сохранить кости, что задержало строительство на четыре дня. [83]

Возникло множество научно-исследовательских, технологических и инженерных задач, таких как создание возможностей по изготовлению оптики для поставки лазерного стекла для оптики NIF размером 7500 метров. Были разработаны самые современные методы измерения оптики, покрытия и отделки, чтобы выдерживать высокоэнергетические лазеры NIF, а также методы усиления лазерных лучей до необходимых уровней энергии. [84] Непрерывно залитое стекло, быстрорастущие кристаллы, инновационные оптические переключатели и деформируемые зеркала были среди технологических инноваций, разработанных NIF. [85]

Sandia, имея большой опыт в импульсной подаче энергии, спроектировала конденсаторные батареи, используемые для питания ламп-вспышек, завершив первый блок в октябре 1998 года. К всеобщему удивлению, модули кондиционирования импульсной энергии (PCM) столкнулись с отказами конденсаторов, что привело к взрывам. Это потребовало перепроектирования модуля, чтобы удержать обломки, но поскольку бетон уже был залит, это привело к тому, что новые модули были настолько плотно упакованы, что обслуживание на месте стало невозможным. Последовало еще одно перепроектирование, на этот раз позволившее извлекать модули из отсеков для обслуживания. [56] Продолжающиеся проблемы еще больше задержали операции, и в сентябре 1999 года обновленный отчет Министерства энергетики заявил, что NIF требуется до 350 миллионов долларов, а завершение произойдет только в 2006 году. [80]

Повторная оценка исходных данных и отчет GAO, 1999–2000 гг.

Билл Ричардсон начал процесс проверки, который позволил восстановить контроль над строительством NIF.

В течение всего этого периода проблемы с NIF не сообщались по цепочке управления. В 1999 году тогдашний министр энергетики Билл Ричардсон доложил Конгрессу, что NIF идет в ногу со временем и в рамках бюджета, как и сообщали руководители проекта. В августе того же года выяснилось, что ни одно из заявлений не было близко к истине. [86] Как позже отметило Счетная палата США (GAO), «Более того, бывший директор лаборатории по лазерам, который курировал NIF и всю другую лазерную деятельность, заверил руководителей лаборатории, DOE, университет и Конгресс, что проект NIF достаточно финансируется и укомплектован кадрами и продолжается по стоимости и графику, даже несмотря на то, что ему сообщили о четких и растущих доказательствах того, что у NIF есть серьезные проблемы». [80] В январе 2000 года целевая группа Министерства энергетики США сообщила Ричардсону, что «организации проекта NIF не смогли внедрить процедуры и процессы управления программой и проектом, соответствующие крупному проекту исследований и разработок... [и что] ...никто не получает проходной балл по управлению NIF: ни отдел оборонных программ Министерства энергетики США, ни Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе, ни Калифорнийский университет». [87]

Учитывая бюджетные проблемы, Конгресс США запросил независимую проверку GAO. В августе 2000 года они представили критический отчет, в котором подсчитали, что стоимость, вероятно, составит 3,9 млрд долларов, включая НИОКР, и что объект вряд ли будет завершен в срок. [80] [88] В отчете отмечались проблемы с управлением, связанные с перерасходом средств, и критиковалась программа за то, что она не заложила в бюджет деньги на изготовление мишеней, включив их в эксплуатационные расходы вместо расходов на разработку. [86]

В 2000 году DOE начал всеобъемлющий «обзор базовой линии» из-за технических задержек и проблем с управлением проектом, и соответствующим образом скорректировал график и бюджет. Джон Гордон , Национальный администратор по ядерной безопасности, заявил: «Мы подготовили подробную стоимость и график снизу вверх для завершения проекта NIF... Независимый обзор подтверждает нашу позицию о том, что команда управления NIF достигла значительного прогресса и решила предыдущие проблемы». [89] В отчете была пересмотрена их бюджетная оценка до 2,25 млрд долларов, не включая связанные с этим НИОКР, что увеличило ее до 3,3 млрд долларов в целом, и дата завершения была отложена до 2006 года, а первые линии были введены в эксплуатацию в 2004 году. [90] [91] Последующий отчет в следующем году увеличил бюджет до 4,2 млрд долларов, а дату завершения — до 2008 года.

Laser Bay 2 был введен в эксплуатацию в июле 2007 года.

Проект получил новую команду управления [92] [93] в сентябре 1999 года во главе с Джорджем Миллером , который был назначен исполняющим обязанности заместителя директора по лазерам. Эд Мозес , бывший руководитель программы по разделению изотопов с помощью лазера на атомных парах (AVLIS) в LLNL, стал менеджером проекта NIF. После этого руководство NIF получило множество положительных отзывов, и проект соответствовал бюджетам и графикам, утвержденным Конгрессом. В октябре 2010 года проект был назван «Проектом года» Институтом управления проектами , который назвал NIF «ярким примером того, как правильно применяемое совершенство управления проектами может объединить глобальные команды для эффективной реализации проекта такого масштаба и важности». [94]

Испытания и завершение строительства, 2003–2009 гг.

В мае 2003 года NIF добился «первого света» на пучке из четырех лучей, создав 10,4 кДж ИК-импульс в одном луче. [43] В 2005 году первые восемь лучей произвели 153 кДж ИК, затмив OMEGA как лазер с самой высокой энергией на планете (за импульс). К январю 2007 года все LRU в Master Oscillator Room (MOOR) были завершены, и был установлен компьютерный зал. К августу 2007 года были завершены и введены в эксплуатацию 96 лазерных линий, и «теперь выпущена общая инфракрасная энергия более 2,5 мегаджоулей. Это более чем в 40 раз больше, чем обычно работал лазер Nova в то время, когда он был самым большим лазером в мире». [95]

В 2005 году независимый обзор JASON Defense Advisory Group , который был в целом положительным, пришел к выводу, что «научные и технические проблемы в такой сложной деятельности предполагают, что успех ранних попыток зажигания в 2010 году, хотя и возможен, маловероятен». [96] 26 января 2009 года был установлен последний сменный блок линии (LRU), [97] неофициально завершив строительство. [98] 26 февраля 2009 года NIF выстрелил всеми 192 лазерными лучами в целевую камеру. [99] 10 марта 2009 года NIF стал первым лазером, преодолевшим мегаджоульный барьер, доставив 1,1 МДж ультрафиолетового света, известного как 3ω (от генерации третьей гармоники ), в центр целевой камеры в сформированном импульсе зажигания. [100] Основной лазер доставил 1,952 МДж ИК-излучения. [101]

Операции, 2009–2012 гг.

29 мая 2009 года NIF был открыт на церемонии, на которой присутствовали тысячи людей. [102] Первые лазерные выстрелы по мишени из хольраума были сделаны в конце июня. [7]

Подготовка к основным экспериментам, 2010 г.

28 января 2010 года NIF сообщил о доставке импульса 669 кДж в золотой хольраум , что побило рекорды по доставке мощности лазера, а анализ показал, что предполагаемое вмешательство генерируемой плазмы не будет проблемой при запуске реакции синтеза. [103] [104] Из-за размера тестовых хольраумов взаимодействие лазера и плазмы создавало плазменно-оптические решетки, действующие как крошечные призмы, которые создавали симметричное рентгеновское излучение на капсуле внутри хольраума. [104]

После постепенного изменения длины волны лазера ученые равномерно сжали сферическую капсулу и нагрели ее до 3,3 миллиона кельвинов (285 эВ). [105] Капсула содержала криогенно охлажденный газ, выступающий в качестве замены топливным капсулам с дейтерием и тритием , которые будут использоваться позже. [104] Руководитель группы физики плазмы Зигфрид Гленцер сказал, что они могут поддерживать точные топливные слои, необходимые в лаборатории, но пока не внутри лазерной системы. [105]

По состоянию на январь 2010 года NIF достиг 1,8 мегаджоулей. Затем целевую камеру необходимо было оснастить экранами для блокировки нейтронов . [103]

Национальная кампания по зажиганию 2010–2012 гг.

Технический специалист работает с позиционером мишени внутри камеры мишени Национального центра зажигания (NIF).

После завершения основного строительства NIF начал свою Национальную кампанию по возгоранию (NIC), чтобы достичь возгорания. В то время в научных журналах появились статьи, в которых говорилось, что возгорание неизбежно. Scientific American начал обзорную статью 2010 года с утверждения «Возгорание уже близко. В течение года или двух...» [106]

Первое испытание было проведено 8 октября 2010 года при мощности чуть более 1 МДж. Однако проблемы замедлили движение к лазерным энергиям уровня зажигания в диапазоне 1,4–1,5 МДж. [ необходима цитата ]

Одной из проблем была возможность повреждения от перегрева из-за большей концентрации энергии на оптических компонентах. [107] Другие проблемы включали проблемы с наслаиванием топлива внутри мишени и незначительное количество пыли на поверхности капсулы. [108]

Уровень мощности продолжал расти, а цели становились все более сложными. Затем в камере цели появились мельчайшие количества водяного пара, которые замерзли на окнах на концах хохлраумов, вызвав асимметричный взрыв. Это было решено добавлением второго слоя стекла на каждом конце, что фактически создало штормовое окно . [108]

Съемки были остановлены с февраля по апрель 2011 года для проведения экспериментов с материалами SSMP. Затем NIF был модернизирован, что улучшило диагностические и измерительные приборы. Была добавлена ​​система Advanced Radiographic Capability (ARC), которая использует 4 из 192 лучей NIF в качестве подсветки для визуализации последовательности имплозии. ARC по сути является лазером петаваттного класса с пиковой мощностью, превышающей квадриллион (10 15 ) ватт. Он предназначен для получения более ярких, более проникающих, более высокоэнергетических рентгеновских лучей. ARC стал самым высокоэнергетическим в мире короткоимпульсным лазером, способным создавать пикосекундные лазерные импульсы для получения энергетического рентгеновского излучения в диапазоне 50–100 кэВ. [109]

Запуски NIC были возобновлены в мае 2011 года с целью более точного расчета времени четырех лазерных ударных волн, которые сжимают мишень термоядерного синтеза. [ необходима ссылка ]

В январе 2012 года Майк Данн, директор программы лазерной термоядерной энергии NIF, предсказал, что зажигание будет достигнуто в NIF к октябрю. [110] В том же месяце NIF произвел рекордные 57 выстрелов. [111] 15 марта NIF произвел лазерный импульс с пиковой мощностью 411 ТВт. [112] 5 июля он произвел более короткий импульс в 1,85 МДж и увеличил мощность до 500 ТВт. [113]

Отчет Министерства энергетики США, 19 июля 2012 г.

NIC периодически пересматривался. 6-й обзор был опубликован 19 июля 2012 года. [114] В отчете хвалили качество установки: лазеры, оптика, цели, диагностика и операции. Однако:

Однако комплексный вывод, основанный на этом обширном периоде экспериментов, заключается в том, что необходимо преодолеть значительные препятствия, чтобы достичь воспламенения или цели наблюдения однозначного альфа-нагрева. Действительно, рецензенты отмечают, что, учитывая неизвестные с текущим «полуэмпирическим» подходом, вероятность воспламенения до конца декабря крайне низка, и даже цель демонстрации однозначного альфа-нагрева является сложной. [114] : 2 

Далее в отчете выражалась глубокая обеспокоенность тем, что разрывы между наблюдаемыми характеристиками и кодами моделирования подразумевали, что текущие коды имеют ограниченную полезность. В частности, они обнаружили отсутствие предсказательной способности радиационного привода к капсуле и неадекватно смоделированные взаимодействия лазера и плазмы. Давление достигало только половины или одной трети от необходимого для зажигания, что намного ниже прогнозируемых значений. В меморандуме обсуждалось смешивание материала аблятора и топлива капсулы, вероятно, из-за гидродинамической нестабильности на внешней поверхности аблятора. [114]

В отчете предлагалось использовать более толстый аблятор, хотя это увеличило бы его инерцию. Чтобы сохранить требуемую скорость имплозии, они предложили увеличить энергию NIF до 2 МДж. В нем ставился вопрос о том, достаточно ли энергии для сжатия достаточно большой капсулы, чтобы избежать предела смешивания и достичь воспламенения. [115] В отчете сделан вывод о том, что воспламенение в течение календарного 2012 года было «крайне маловероятным». [114]

NIC официально прекратил свое существование 30 сентября 2012 года. В сообщениях СМИ предполагалось, что NIF переключит свое внимание на исследование материалов. [116] [117]

В 2008 году LLNL начала программу Laser Inertial Fusion Energy (LIFE), чтобы исследовать способы использования технологий NIF в качестве основы для коммерческого проектирования электростанции. Основное внимание уделялось чистым термоядерным устройствам, включающим технологии, которые разрабатывались параллельно с NIF, что значительно улучшило бы производительность конструкции. [118] В апреле 2014 года LIFE завершилась. [118]

Безубыточность прироста топлива, 2013 г.

В результате термоядерного взрыва NIF 27 сентября 2013 года было произведено больше энергии, чем было поглощено дейтериево -тритиевым топливом. [119] Это было спутано с достижением « научного безубыточности », [120] [121] определяемого как энергия термоядерного синтеза, превышающая входную энергию лазера. [122] Использование этого определения дает 14,4 кДж на выходе и 1,8 МДж на входе, соотношение 0,008. [119]

Эксперименты по накоплению запасов, 2013–2015 гг.

В 2013 году NIF переключил внимание на исследования материалов и оружия. Эксперименты, начавшиеся в 2015 финансовом году, использовали плутониевые мишени. [123] Плутониевые выстрелы имитируют сжатие первичной части ядерной бомбы бризантными взрывчатыми веществами , которые не подвергались прямым испытаниям с момента вступления в силу CNTB. Использование плутония варьировалось от менее миллиграмма до 10 миллиграммов. [124]

В 2014 финансовом году NIF провел 191 укол, чуть больше одного раза в два дня. По состоянию на апрель 2015 года NIF был на пути к достижению своей цели в 300 лазерных уколов в 2015 финансовом году. [125]

Возвращение к фьюжн, 2016–настоящее время

28 января 2016 года NIF успешно выполнил свой первый эксперимент с газовой трубой, направленный на изучение поглощения большого количества лазерного света в пределах 1-сантиметровых (0,39 дюйма) мишеней, относящихся к высокоэффективным намагниченным линейным инерционным термоядерным реакциям (MagLIF). Для того чтобы исследовать ключевые аспекты распространения, стабильности и эффективности лазерной энергетической связи в полном масштабе для высокоэффективных конструкций мишеней MagLIF, один квад NIF использовался для доставки 30 кДж энергии к мишени в течение 13-наносекундного импульса. Возврат данных был благоприятным. [126]

В 2018 году улучшения в контроле асимметрии сжатия были продемонстрированы в выстреле с выходом 1,9×1016 нейтронов , что привело к выделению 0,054 МДж энергии термоядерного синтеза при лазерном импульсе мощностью 1,5 МДж. [127]

Достигнута горящая плазма, 2021 г.

График результатов NIF с 2011 по 2021 гг.
График результатов NIF с 2011 по 2021 год показывает резкое увеличение энергии термоядерного синтеза из-за горящей плазмы.

Эксперименты 2020 и 2021 годов дали первую в мире горящую плазму , в которой большая часть нагрева плазмы происходила из-за реакций ядерного синтеза. [11] За этим результатом 8 августа 2021 года последовала первая в мире зажженная плазма, в которой нагревание от термоядерного синтеза было достаточным для поддержания термоядерной реакции. [128] [129] [130] Она произвела избыточные нейтроны, соответствующие короткоживущей цепной реакции длительностью около 100 триллионных долей секунды. [131] [132]

Выход термоядерной энергии эксперимента 2021 года оценивался в 70% от лазерной энергии, падающей на плазму. Этот результат немного превзошел предыдущий рекорд в 67%, установленный JET torus в 1997 году. [133] [ проверка не удалась ] Принимая во внимание энергетическую эффективность самого лазера, эксперимент использовал около 477 МДж электрической энергии для подачи 1,8 МДж энергии в мишень для создания 1,3 МДж термоядерной энергии. [11]

Несколько изменений в конструкции позволили достичь этого результата. Материал оболочки капсулы был изменен на алмаз, чтобы увеличить поглощение вторичных рентгеновских лучей, создаваемых лазерным импульсом, тем самым увеличивая эффективность коллапса, а ее поверхность была дополнительно сглажена. Размер отверстия в капсуле, используемого для впрыска топлива, был уменьшен. Отверстия в золотом цилиндре, окружающем капсулу, были сжаты, чтобы уменьшить потери энергии. Лазерный импульс был удлинен. [134]

Достигнута научная безубыточность в 2022 г.

Видеообъявление от 13 декабря 2022 года о первом в истории эксперименте по контролируемому термоядерному синтезу, в ходе которого был достигнут термоядерный взрыв, размещено на странице YouTube Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса
Главный дизайнер Энни Критчер выступает на пресс-конференции 13 декабря 2022 года, объявляя о выходе на уровень безубыточности.

NIF стал первым экспериментом по термоядерному синтезу, который достиг научной безубыточности 5 декабря 2022 года, с экспериментом, производящим 3,15 мегаджоулей энергии из 2,05 мегаджоулей входного лазерного света для выигрыша энергии около 1,5. [12] [135] [136] [137] [138] Зарядка лазера потребляла «значительно более 400 мегаджоулей». [139] В публичном заявлении 13 декабря министр энергетики Дженнифер Грэнхолм объявила, что установка достигла зажигания. [140] Хотя это часто характеризовалось как «чистый выигрыш энергии» от термоядерного синтеза, это было верно только в отношении энергии, вырабатываемой лазером; в отчетах иногда не упоминалась требуемая входная мощность ~300 МДж. [13] [14] [15]

Для этого подвига потребовалось использование немного более толстой и гладкой капсулы, окружающей топливо, и лазера мощностью 2,05 МДж (по сравнению с 1,9 МДж в 2021 году), что дало 3,15 МДж, что на 54% больше. [141] Они также перераспределили энергию между разделенными лазерными лучами, что привело к более симметричной (сферической) имплозии. [1]

NIF достиг безубыточности во второй раз 30 июля 2023 года, дав 3,88 МДж, что на 89% больше. [142] [143] По крайней мере четыре из шести выстрелов, выполненных после первого успешного в декабре 2022 года, достигли безубыточности. [144] Эти успехи побудили DOE профинансировать три дополнительных исследовательских центра. [143] Лоуренс Ливермор планировал повысить энергию лазера до 2,2 МДж за выстрел за счет модернизации оптики и лазеров около  2023 года , [145] [146] достигнув этого в эксперименте, проведенном 30 октября 2023 года. [143]

Похожие проекты

Некоторые похожие экспериментальные проекты ICF:

Фотографии

В популярной культуре

NIF использовался в качестве декораций для варп-ядра звездолета «Энтерпрайз » в фильме 2013 года «Стартрек: Возмездие» . [151]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Неясно, почему Nova Upgrade окажется слишком маленьким для SSMP, в доступных источниках причина не указана.

Ссылки

  1. ^ ab Clery, Daniel (13 декабря 2022 г.). «С историческим взрывом, долгожданный прорыв в термоядерной физике». Science . doi :10.1126/science.adg2803. Архивировано из оригинала 24 декабря 2022 г. Получено 13 декабря 2022 г.
  2. ^ Дэвид Крамер (13 декабря 2022 г.), «National Ignition Facility превосходит долгожданный этап термоядерного синтеза», Physics Today , 2022 (2), Американский институт физики: 1213a, Bibcode : 2022PhT..2022b1213., doi : 10.1063/PT.6.2.20221213a, S2CID  254663644, заархивировано из оригинала 8 июня 2024 г. , извлечено 13 декабря 2022 г. , Выстрел в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса 5 декабря — первая в истории контролируемая реакция термоядерного синтеза, дающая прирост энергии.
  3. ^ "About NIF & Photon Science". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе. Архивировано из оригинала 2 декабря 2017 г.
  4. ^ Hogan, WJ; Moses, EI; Warner, BE; Sorem, MS; Soures, JM (2001). "The National Ignition Facility". Nuclear Fusion . 41 (5): 567–573. Bibcode : 2001NucFu..41..567H. doi : 10.1088/0029-5515/41/5/309. ISSN  0029-5515. S2CID  250785362. Архивировано из оригинала 17 декабря 2022 г. Получено 17 декабря 2022 г.
  5. ^ Натан, Стюарт (6 октября 2019 г.). «Отслеживание источников ядерного синтеза». The Engineer . Архивировано из оригинала 10 июня 2019 г. Получено 10 июня 2019 г.
  6. ^ "Департамент энергетики объявляет о завершении строительства крупнейшего в мире лазера". Министерство энергетики США . 31 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 1 апреля 2009 г. Получено 1 апреля 2009 г.
  7. ^ ab "First NIF Shots Fired to Hohlraum Targets". National Ignition Facility. Июнь 2009 г. Архивировано из оригинала 28 мая 2010 г. Получено 13 сентября 2009 г.
  8. ^ "Первый успешный комплексный эксперимент в National Ignition Facility объявлен". General Physics . PhysOrg.com. 8 октября 2010 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г. Получено 9 октября 2010 г.
  9. ^ Крэндалл, Дэвид (27 декабря 2012 г.). Окончательный обзор Национальной кампании по возгоранию (PDF) (Технический отчет). Министерство энергетики. стр. 3.
  10. ^ Оценка перспектив инерциальной термоядерной энергии. National Academies Press. Июль 2013 г. стр. 2. ISBN 978-0-309-27224-7.
  11. ^ abc Zylstra, AB; Hurricane, OA; Callahan, DA; Kritcher, AL; Ralph, JE; Robey, HF; Ross, JS; Young, CV; Baker, KL; Casey, DT; Döppner, T. (2022). «Горящая плазма, полученная в инерциальном термоядерном синтезе». Nature . 601 (7894): 542–548. Bibcode :2022Natur.601..542Z. doi :10.1038/s41586-021-04281-w. ISSN  1476-4687. PMC 8791836 . PMID  35082418. 
  12. ^ ab "National Ignition Facility reachs fusion ignition". www.llnl.gov . Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г. . Получено 13 декабря 2022 г. .
  13. ^ abc "У нас есть 'зажигание': прорыв в термоядерном синтезе приводит к увеличению энергии". NBC News . 13 декабря 2022 г. Получено 10 июля 2024 г.
  14. ^ ab "Никакого "прорыва" нет: термоядерная энергетика NIF по-прежнему потребляет в 130 раз больше энергии, чем производит". Big Think . 13 декабря 2022 г. Получено 10 июля 2024 г.
  15. ^ ab "Почему "чистый прирост энергии" ядерного синтеза - это скорее шумиха, чем прорыв". ПОЧЕМУ . Получено 10 июля 2024 г.
  16. ^ ab Winterberg, Friedwardt (2010), Высвобождение термоядерной энергии путем инерционного удержания: пути к воспламенению , World Scientific, стр. 2, ISBN 978-981-4295-90-1
  17. ^ ab "How NIF works". Национальная лаборатория имени Лоуренса в Ливерморе. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 2 октября 2007 г.
  18. ^ Hans G. Rinderknecht; DT Casey; R. Hatarik; RM Bionta; BJ MacGowan; P. Patel; OL Landen; EP Hartouni; OA Hurricane (10 апреля 2020 г.). "Асимметрия азимутального привода при инерционных термоядерных имплозиях на Национальном заводе по производству зажигательных смесей". Phys. Rev. Lett. 124 (145002): 145002. Bibcode : 2020PhRvL.124n5002R. doi : 10.1103/PhysRevLett.124.145002 . PMID  32338973. S2CID  216305472. Симметрия [A] ухудшает условия горячей точки при пиковой конвергенции и ограничивает производительность и мощность имплозии.
  19. ^ ab "Восхождение на гору термоядерного зажигания: интервью с Омаром Харрикейном". LLNL . Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г. Получено 29 мая 2015 г.
  20. ^ Петерсон, Пер Ф. (23 сентября 1998 г.). «Энергия инерционного термоядерного синтеза: Учебное пособие по технологии и экономике». Архивировано из оригинала 21 декабря 2008 г. Получено 8 октября 2013 г.
  21. ↑ Per F. Peterson, «How IFE Targets Work», Калифорнийский университет, Беркли, 1998. Получено 8 мая 2008 г. Архивировано 6 мая 2008 г. на Wayback Machine
  22. ↑ Per F. Peterson, «Drivers for Inertial Fusion Energy», Калифорнийский университет, Беркли, 1998. Получено 8 мая 2008 г. Архивировано 6 мая 2008 г. на Wayback Machine
  23. ^ JD Lindl et al., Физическая основа зажигания с использованием мишеней с косвенным приводом на Национальном комплексе зажигания , Физика плазмы, т. 11, февраль 2004 г., стр. 339. Получено 7 мая 2008 г.
  24. ^ Биелло, Дэвид. «Мощные лазеры обеспечивают прорыв в области термоядерной энергии». Scientific American . Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. Получено 15 декабря 2022 г.
  25. ^ ab Suter, L.; J. Rothenberg, D. Munro, et al., "Возможность использования капсул NIF с высоким выходом/высоким коэффициентом усиления [ постоянная неработающая ссылка ] ", Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, 6 декабря 1999 г. Получено 7 мая 2008 г.
  26. ^ Ураган, ОА; Каллахан, округ Колумбия; Кейси, DT; Девальд, Эл.; Диттрих, ТР; Дёппнер, Т.; Барриос Гарсия, Массачусетс; Хинкель, Делавэр; Берзак Хопкинс, LF; Кервин, П.; Кляйн, Дж.Л.; Папе, С. Ле; Ма, Т .; Макфи, AG; Милович, Дж.Л.; Муди, Дж.; Пак, А.Е.; Патель, ПК; Парк, Х.-С.; Ремингтон, Бакалавр; Роби, ХФ; Салмонсон, доктор юридических наук; Спрингер, ПТ; Томмазини, Р.; Бенедетти, ЛР; Каджано, Дж.А.; Сельерс, П.; Сержан, К.; Дилла-Спирс, Р.; Эджелл, Д.; Эдвардс, MJ; Фиттингхофф, Д.; Грим, врач общей практики; Гюлер, Н.; Изуми, Н.; Френье, JA; Гату Джонсон, М .; Хаан, С.; Хатарик, Р.; Херрманн, Х.; Хан, С.; Кнауэр, Дж.; Козиозиемски, Б.Дж.; Критчер, AL; Кирала, G.; Maclaren, SA; Merrill, FE; Michel, P.; Ralph, J.; Ross, JS; Rygg, JR; Schneider, MB; Spears, BK; Widmann, K.; Yeamans, CB (май 2014 г.). «Кампания по взрыву на Национальном объекте зажигания». Физика плазмы . 21 (5): 056314. Bibcode : 2014PhPl...21e6314H. doi : 10.1063/1.4874330. ОСТИ  1129989.
  27. ^ ab Lindl, John (24 сентября 2005 г.). "Программа по физике зажигания" (PDF) . Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе. Архивировано из оригинала (PDF) 15 января 2006 г. . Получено 1 августа 2022 г. .
  28. ^ М. Тобин и др., Основы проектирования целевой области и производительность системы для NIF , Американское ядерное общество, июнь 1994 г. Получено 7 мая 2008 г.
  29. ^ "Таблица мегаджоулей в тонны тротила | МДж в тротил". www.qtransform.com . Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. . Получено 15 декабря 2022 г. .
  30. ^ Чанг, Кеннет (25 сентября 2023 г.). «Прорыв в лазерном термоядерном синтезе дает больший прилив энергии». New York Times . Архивировано из оригинала 26 сентября 2023 г. Получено 26 сентября 2023 г.
  31. ^ "NIF By the Numbers" (PDF) . LLNL. Архивировано (PDF) из оригинала 17 декабря 2022 г. . Получено 17 декабря 2022 г. .
  32. ^ Пейн, Стивен; Маршалл, Кристофер (сентябрь 1996 г.). «Taking Lasers Beyond the NIF». Science and Technology Review . Архивировано из оригинала 27 февраля 2013 г. Получено 14 ноября 2012 г.
  33. ^ "Пресс-релиз: NNSA и LLNL объявляют о первом успешном комплексном эксперименте в NIF". Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса . 6 октября 2010 г. Архивировано из оригинала 12 августа 2017 г. Получено 12 августа 2017 г.
  34. ^ PJ Wisoff et al., NIF Injection Laser System Архивировано 8 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Труды SPIE, том 5341, страницы 146–155.
  35. ^ Пауэлл. "Keeping Laser Development on Target for the NIF]". Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 г., Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе. Получено 2 октября 2007 г.
  36. ^ Хант, Дж. Т.; Манес, КР; Мюррей, Дж. Р.; Ренард, ПА; Савицкий, Р.; Тренхолм, Дж. Б.; Уильямс, У. (16 ноября 1994 г.). «Основы проектирования лазеров для Национального центра зажигания». Fusion Technology . 26 (3P2): 767–771. Bibcode : 1994FuTec..26..767H. doi : 10.13182/FST94-A40247.
  37. ^ "45 лет лидерства в области лазеров". lasers.llnl.gov . Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. Получено 15 декабря 2022 г.
  38. ^ Larson, Doug W. (2004). "NIF laser line-replaceable units (LRUs)". В Lane, Monya A; Wuest, Craig R (ред.). Optical Engineering at the Lawrence Livermore National Laboratory II: The National Ignition Facility . Том 5341. стр. 127. Bibcode : 2004SPIE.5341..127L. doi : 10.1117/12.538467. S2CID  122364719. Архивировано из оригинала 16 декабря 2022 г. Получено 11 октября 2019 г.
  39. ↑ Лайонс, Дэниел (14 ноября 2009 г.). «Может ли этот кусок обеспечить планету энергией?». Newsweek . стр. 3. Архивировано из оригинала 17 ноября 2009 г. Получено 14 ноября 2009 г.
  40. ↑ Арни Хеллер, Orchestrating the World's Most Powerful Laser Архивировано 21 ноября 2008 г. в Wayback Machine , Science & Technology Review, июль/август 2005 г. Получено 7 мая 2008 г.
  41. ^ PJ Wegner et al., Система конечной оптики NIF: преобразование частоты и кондиционирование пучка. Архивировано 8 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Труды SPIE 5341, май 2004 г., страницы 180–189.
  42. ^ Бибо, Камиль; Пол Дж. Вегнер, Рут Хоули-Феддер (1 июня 2006 г.). "ИСТОЧНИКИ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ: крупнейший в мире лазер для генерации мощных ультрафиолетовых лучей". Laser Focus World . Получено 7 мая 2008 г.
  43. ^ ab Проект NIF устанавливает рекорд по производительности лазера Архивировано 28 мая 2010 г. в Wayback Machine , Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, 5 июня 2003 г. Получено 7 мая 2008 г.
  44. ^ Wilson, Douglas C.; Bradley, Paul A.; Hoffman, Nelson M.; Swenson, Fritz J.; Smitherman, David P.; Chrien, Robert E.; Margevicius, Robert W.; Thoma, DJ; Foreman, Larry R.; Hoffer, James K.; Goldman, S. Robert; Caldwell, Stephen E.; Dittrich, Thomas R.; Haan, Steven W.; Marinak, Michael M.; Pollaine, Stephen M.; Sanchez, Jorge J. (май 1998 г.). «Разработка и преимущества бериллиевых капсул для Национального центра зажигания». Physics of Plasmas . 5 (5): 1953–1959. Bibcode : 1998PhPl....5.1953W. doi : 10.1063/1.872865. Архивировано из оригинала 16 декабря 2022 г. Получено 11 октября 2019 г.
  45. ^ "Meeting the Target Challenge". Science & Technology Review. Архивировано из оригинала 15 ноября 2008 г. Получено 7 мая 2008 г.
  46. ^ Уилсон, округ Колумбия; Йи, С.А.; Симаков А.Н.; Клайн, Дж.Л.; Кирала, Джорджия; Девальд, Эл.; Томмазини, Р.; Ральф, Дж. Э.; Олсон, RE; Строцци, диджей; Сельерс, премьер-министр; Шнайдер, МБ; Макфи, AG; Зилстра, АБ; Каллахан, округ Колумбия; Ураган, ОА; Милович, Дж.Л.; Хинкель, Делавэр; Ригг, младший; Риндеркнехт, ХГ; Сио, Х.; Перри, ТС; Бата, С. (2016). «Рентгеновский снимок взрывов бериллиевых капсул на Национальной установке зажигания». Физический журнал: серия конференций . 717 (1): 012058. Бибкод : 2016JPhCS.717a2058W. doi : 10.1088/1742-6596/717/1/012058 . ISSN  1742-6588. S2CID  114667921.
  47. ^ SV Weber et al., Гидродинамическая устойчивость капсул с прямым приводом NIF. Архивировано 13 декабря 2022 г. на Wayback Machine , сессия MIXED, 8 ноября. Получено 7 мая 2008 г.
  48. ^ ab Yaakobi, B.; RL McCrory, S. Skupsky, et al. Polar Direct Drive—Ignition at 1 MJ , LLE Review, Vol 104, September 2005, pp. 186–8. Получено 7 мая 2008 г. Архивировано 2 января 2007 г. на Wayback Machine
  49. ^ True, MA; JR Albritton и EA Williams, «Цель Saturn для полярного прямого привода на Национальном объекте зажигания», LLE Review, том 102, январь–март 2005 г., стр. 61–6. Получено 7 мая 2008 г. Архивировано 29 августа 2008 г. на Wayback Machine
  50. ^ abcde Наколлс, Джон (12 июня 1998 г.). «Ранние шаги к инерциальной энергии термоядерного синтеза (IFE)». LLNL. doi :10.2172/658936. Архивировано из оригинала (PDF) 13 декабря 2022 г.
  51. ^ "Перевести килотонны в мегаджоули". Unit Juggler. Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г.
  52. ^ Nuckolls; et al. (1972). "Laser Compression of Matter to Super-High Densities: Thermonuclear (CTR) Applications" (PDF) . Nature . 239 (5368): 129. Bibcode :1972Natur.239..139N. doi :10.1038/239139a0. S2CID  45684425. Архивировано из оригинала (PDF) 22 сентября 2011 г.
  53. ^ Линдл, Джон (декабрь 1994 г.). «Лекция о медали Эдварда Теллера: эволюция в сторону непрямого привода и два десятилетия прогресса в направлении зажигания и горения ICF». 11-й Международный семинар по лазерному взаимодействию и связанным с ним явлениям в плазме. Архивировано из оригинала (PDF) 13 декабря 2022 г. . Получено 7 мая 2008 г.
  54. ^ "Nova Review" (PDF) . Energy and Technology Review . Архивировано (PDF) из оригинала 20 декабря 2022 г. . Получено 15 декабря 2022 г. .
  55. ^ "Shiva Laser System". www.llnl.gov . Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. Получено 15 декабря 2022 г. .
  56. ^ ab Маккинзи, Мэтью; Пейн, Кристофер. Когда экспертная оценка терпит неудачу (технический отчет). NDRC.
  57. ^ ab McCracken, Garry; Stott, Peter (1 января 2013 г.). "Глава 12 – Большие системы инерционного удержания". В McCracken, Garry; Stott, Peter (ред.). Fusion (второе изд.). Academic Press. стр. 149–164. doi :10.1016/B978-0-12-384656-3.00012-X. ISBN 978-0-12-384656-3. Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. . Получено 15 декабря 2022 г. – через ScienceDirect.
  58. ^ abcd Broad, William (21 марта 1988 г.). «Секретные достижения в области ядерного синтеза вызывают споры среди ученых». New York Times . Архивировано из оригинала 11 марта 2017 г. Получено 11 февраля 2017 г.
  59. ^ Джон Линдл, «Стратегия определения требований к драйверу для высокоэффективных ICF-имплозий с использованием гидродинамически эквивалентных капсул на лазере Nova», Отчет о ежегодной программе лазерной разработки, 1981, Лаборатория Лоуренса в Ливерморе, Ливермор, Калифорния, UCRL-50055-80/81, стр. 2-29-2-57 (неопубликовано)
  60. ^ Линдл, Джон; МакКрори, Робер; Кэмпбелл, Майкл (сентябрь 1992 г.). «Прогресс в направлении воспламенения и распространения горения в инерциальном термоядерном синтезе» (PDF) . Physics Today . 45 (9): 32–40. Bibcode :1992PhT....45i..32L. doi :10.1063/1.881318. Архивировано из оригинала (PDF) 31 июля 2013 г.
  61. ^ "Внутренняя борьба среди соперничающих теоретиков ставит под угрозу план лаборатории "горячего" термоядерного синтеза". The Scientist . Архивировано из оригинала 8 мая 2015 г.
  62. ^ Шве, Филипп; Штейн, Бен (25 октября 1995 г.). «Анонс статьи об инерционном термоядерном синтезе (ICF)» . Новости физики .
  63. ^ Storm, E. (28 сентября 1988 г.). "Информационный мост: научно-техническая информация DOE – спонсируется OSTI" (PDF) . osti.gov . Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2024 г. . Получено 18 октября 2012 г. .
  64. ^ Джон Линдл, Развитие подхода с косвенным приводом к инерциальному удержанию термоядерного синтеза и основы физики мишени для зажигания и усиления, Физика плазмы, т. 2, № 11, ноябрь 1995 г.; стр. 3933–4024
  65. ^ Кунин, Стивен Э.; Кэрриер, Джордж Ф.; Кристи, Роберт Ф.; Конн, Роберт У.; Дэвидсон, Рональд К.; Доусон, Джон М.; Демария, Энтони Дж.; Доти, Пол М.; Хаппер, Уильям; Кульчински, Джеральд Л.; Лонгмайр, Конрад Л.; Пауэлл, Джеймс Р.; Розенблут, Маршалл Н.; Руина, Джек П.; Спроулл, Роберт Л.; Тигнер, Мори; Вагнер, Ричард Л. (1991). "Обзор программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием" (PDF) . Журнал термоядерной энергетики . 10 (2): 157–172. Bibcode :1991JFuE...10..157K. doi :10.1007/BF01050621. S2CID  122974976. Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 15 декабря 2022 г.
  66. ^ abc Nova Upgrade – A Proposed ICF Facility to Demonstrate Ignition and Gain , Программа ICF Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, июль 1992 г. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1992nupi.rept....../abstract Архивировано 15 декабря 2022 г. на Wayback Machine
  67. ^ Тобин, МТ и др., Целевая область для Nova Upgrade: сдерживание возгорания и далее , Fusion Engineering, 1991, стр. 650–655. Получено 7 мая 2008 г.
  68. ↑ Уильям Брод, «Обширный план лазера будет способствовать дальнейшему развитию термоядерного синтеза и сохранению экспертов по бомбам». Архивировано 13 декабря 2022 г. в Wayback Machine , New York Times, 21 июня 1994 г. Получено 7 мая 2008 г.
  69. ↑ Письмо Чарльза Кертиса, заместителя министра энергетики, 15 июня 1995 г.
  70. ^ "Photonic Frontiers: The National Ignition Facility: NIF наконец-то запущен". www.laserfocusworld.com . Ноябрь 2009 г. Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 15 декабря 2022 г.
  71. ^ «Дорогой термоядерный лазер Ливермора не полетит, говорят ученые», Albuquerque Tribune, 29 мая 1997 г., стр. 1
  72. ↑ Л. Спон, «Противники NIF будут ссылаться на критику лазера в судебном разбирательстве», Albuquerque Tribune, 13 июня 1997 г., стр. A15.
  73. ↑ Kidder, Ray (17 апреля 1997 г.). «Проблемы с управлением запасами». Nature . 386 (6626): 645–647. Bibcode :1997Natur.386..645K. doi :10.1038/386645a0. S2CID  4268081. Архивировано из оригинала 23 сентября 2004 г.
  74. ↑ Заявление д-ра Виктора Рейса, помощника секретаря по оборонным программам Министерства энергетики, перед Комитетом Сената по вооруженным силам, 19 марта 1997 г. (получено 13 июля 2012 г. с сайта http://www.lanl.gov/orgs/pa/Director/reisSASC97.html Архивировано 4 января 2005 г. на Wayback Machine )
  75. ^ «Заявление Федерико Пеньи, секретаря Министерства энергетики США, перед Комитетом по вооруженным силам Сената США». 26 марта 1998 г. Архивировано из оригинала 5 февраля 2011 г. Получено 13 июля 2012 г.
  76. ^ Boyes, J.; Boyer, W.; Chael, J.; Cook, D.; Cook, W.; Downey, T.; Hands, J.; Harjes, C.; Leeper, R.; McKay, P.; Micano, P.; Olson, R.; Porter, J.; Quintenz, J.; Roberts, V.; Savage, M.; Simpson, W.; Seth, A.; Smith, R.; Wavrik, M.; Wilson, M. (31 августа 2012 г.). Информационный мост: Научно-техническая информация Министерства энергетики США — спонсируется OSTI (PDF) (Отчет). Osti.gov. Архивировано (PDF) из оригинала 31 июля 2013 г. Получено 8 октября 2012 г.
  77. ^ "Национальная кампания зажиганий: участники, NIF и фотонная наука". Lasers.llnl.gov. Архивировано из оригинала 17 октября 2012 г. Получено 8 октября 2012 г.
  78. ^ JA Horvath, Сборка и обслуживание полномасштабных усилителей NIF в лаборатории прототипов усилительного модуля (AMPLAB). Архивировано 8 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Третья ежегодная международная конференция по твердотельным лазерам для применения (SSLA) в инерциальном термоядерном синтезе (ICF), 16 июля 1998 г.
  79. ^ "Мультимедиа: фотогалерея, NIF & Photon Science". Lasers.llnl.gov. 29 мая 1997 г. Архивировано из оригинала 24 июля 2012 г. Получено 8 октября 2012 г.
  80. ^ abcd НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЗАВОД ПОЖАРНЫХ ГАЗОВ, Ошибки в управлении и надзоре привели к крупным перерасходам средств и задержкам в графике , GAO, август 2000 г.
  81. ^ Powell, Howard T.; Sawicki, Richard H. (март 1998 г.). «Keeping Laser Development on Target for the National Ignition Facility». S&TR . Архивировано из оригинала 28 мая 2010 г. Получено 9 октября 2023 г.
  82. ^ ab "NIF conventional facility complete" (PDF) . Newsline . LLNL. 26 октября 2001 г. Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2012 г. Получено 6 сентября 2012 г.
  83. ^ "Fusion Fun: NIFFY, NIF & Photon Science". Lasers.llnl.gov. Архивировано из оригинала 25 января 2013 г. Получено 8 октября 2012 г.
  84. ^ Осолин, Чарльз. «Использование силы света». Innovation America. Архивировано из оригинала 8 сентября 2015 г. Получено 8 октября 2012 г.
  85. ^ "Национальная установка зажигания: семь чудес NIF, NIF и фотонной науки". Lasers.llnl.gov. Архивировано из оригинала 17 октября 2012 г. Получено 8 октября 2012 г.
  86. ^ Джеймс Гланц, Laser Project Is Delayed and Over Budget. Архивировано 3 июня 2016 г. в Wayback Machine , New York Times, 19 августа 2000 г. Получено 7 мая 2008 г.
  87. ↑ Промежуточный отчет Национальной целевой группы по лазерной системе зажигания , Консультативный совет секретаря по энергетике, 10 января 2000 г. Получено 7 мая 2008 г. Архивировано 29 июня 2007 г. на Wayback Machine
  88. ^ Отчет GAO содержит новую оценку стоимости NIF , FYI, Американский институт физики, номер 101: 30 августа 2000 г. Получено 7 мая 2008 г.
  89. ^ Ян Хоффман, Испытательное ядерное оборудование под вопросом. Архивировано 8 июля 2011 г., Wayback Machine , MediaNews Group,
  90. ^ Новые оценки стоимости и графика работ для Национального центра зажигания , FYI: The API Bulletin of Science Policy News, Американский институт физики. Получено 7 мая 2008 г.
  91. ↑ Подробнее о стоимости и графике нового NIF , FYI, Американский институт физики, номер 65, 15 июня 2000 г. Получено 7 мая 2008 г.
  92. ^ Изменения в руководстве LLNL , Fusion Power Associates, 10 сентября 1999 г., http://aries.ucsd.edu/FPA/ARC99/fpn99-43.shtml Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine (извлечено 13 июля 2012 г.)
  93. ^ Расследование Кэмпбелла приводит к изменениям в управлении Ливермором , Fusion Power Report, 1 сентября 1999 г. http://www.thefreelibrary.com/Campbell+Investigation+Triggers+Livermore+Management+Changes.-a063375944 Архивировано 5 марта 2016 г. на Wayback Machine (извлечено 13 июля 2012 г.)
  94. ^ "National Ignition Facility выигрывает престижную награду "Проект года 2010". llnl.gov . Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса . 11 октября 2010 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2012 г. Получено 13 июля 2012 г.
  95. ↑ Самый большой в мире лазер набирает обороты Архивировано 27 мая 2010 г. в Wayback Machine , Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса, 21 ноября 2007 г. Получено 7 мая 2008 г.
  96. ↑ NIF Ignition Архивировано 24 апреля 2009 г., на Wayback Machine , JASON Program, 29 июня 2005 г.
  97. ^ Хиршфельд, Боб (30 января 2009 г.). «Последний из 6206 модулей, установленных в NIF». Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе. Архивировано из оригинала 18 июля 2011 г. Получено 3 апреля 2009 г.
  98. ^ "Project Status February 2009". Национальная лаборатория имени Лоуренса в Ливерморе . 26 февраля 2009 г. Архивировано из оригинала 28 мая 2010 г. Получено 11 марта 2009 г.
  99. ↑ Сивер, Линда; Хиршфельд, Боб (6 марта 2009 г.). «NIF's future ignites with 192-beam shot». Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса. Архивировано из оригинала 28 мая 2010 г. Получено 3 апреля 2009 г.
  100. ^ "NIF ломает мегаджоулевой барьер". Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе. 13 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 3 апреля 2009 г.
  101. ^ "NIF ломает мегаджоулевой барьер". LLNL.gov . Архивировано из оригинала 15 декабря 2022 г. . Получено 15 декабря 2022 г. .
  102. ^ «Открытие крупнейшего в мире лазера знаменует начало новой эры». Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе . 29 мая 2009 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 13 сентября 2009 г.
  103. ^ ab Jason Palmer (28 января 2010 г.). "Результаты испытаний лазерного синтеза вселяют надежду на энергетику". BBC News . Архивировано из оригинала 29 января 2010 г. Получено 28 января 2010 г.
  104. ^ abc "Initial NIF experimental meet requirements for fusion ignition". Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса . 28 января 2010 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2010 г. Получено 28 января 2010 г.
  105. ^ ab Bullis, Kevin (28 января 2010 г.). «Ученые преодолевают препятствие на пути к термоядерному синтезу». Technology Review . Получено 29 января 2010 г. .
  106. ↑ Moyer, Michael (март 2010 г.). «Fusion’s False Dawn». Scientific American . стр. 50–57. Архивировано из оригинала 1 июня 2023 г. Получено 16 декабря 2022 г.
  107. ↑ Eugenie Samuel Reich (18 октября 2010 г.). «Superlaser fires a blank». Scientific American . Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 2 октября 2010 г.
  108. ^ ab Kramer, David (21 апреля 2011 г.). «NIF преодолевает некоторые проблемы, получает неоднозначную оценку от своего руководителя DOE». Physics Today . Архивировано из оригинала 30 апреля 2011 г.
  109. ^ "Photons & Fusion Newsletter – May 2014". National Ignition Facility & Photon Science News – Archive – Photons & Fusion Newsletter . Lawrence Livermore National Laboratory. May 2014. Архивировано из оригинала 6 июля 2015 года . Получено 16 апреля 2015 года .
  110. ^ SPIE Europe Ltd. "PW 2012: термоядерный лазер на пути к 2012 году". Optics.org. Архивировано из оригинала 30 марта 2023 г. Получено 8 октября 2012 г.
  111. ↑ Эрик Хэнд (7 марта 2012 г.). «Лазерный синтез приближается к решающей вехе». Nature . 483 (7388): 133–134. Bibcode :2012Natur.483..133H. doi : 10.1038/483133a . PMID  22398531.
  112. ^ "Рекордный лазерный импульс поднимает надежды на термоядерную энергию". 22 марта 2012 г. Архивировано из оригинала 23 марта 2012 г. Получено 22 марта 2012 г.
  113. ^ «Самый мощный лазер в мире производит самый мощный лазерный выстрел». Fox News . 27 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 3 февраля 2021 г. Получено 5 декабря 2020 г.
  114. ^ abcd "External Review of the National Ignition Campaign" (PDF) . Принстонская лаборатория физики плазмы . Архивировано (PDF) из оригинала 14 ноября 2012 г. . Получено 10 октября 2012 г. .
  115. ^ Крэндалл 2012, стр. 5.
  116. ^ Брамфилд, Джефф (7 ноября 2012 г.). «Самая мощная лазерная установка в мире переключает внимание на боеголовки». Scientific American . Архивировано из оригинала 8 ноября 2012 г. Получено 8 ноября 2012 г.
  117. ^ "Редакционная статья: Выключатель зажигания". Nature . 491 (7423): 159. 7 ноября 2012 г. doi : 10.1038/491159a . PMID  23139940.
  118. ^ ab Kramer, David (апрель 2014 г.). «Livermore Ends LIFE». Physics Today . 67 (4): 26–27. Bibcode : 2014PhT....67R..26K. doi : 10.1063/PT.3.2344. S2CID  178876869.
  119. ^ AB Ураган, ОА; Каллахан, округ Колумбия; Кейси, DT; Сельерс, премьер-министр; Сержан, К.; Девальд, Эл.; Диттрих, ТР; Дёппнер, Т.; Хинкель, Делавэр; Хопкинс, Л. Ф. Берзак; Кляйн, Дж.Л.; Ле Папе, С.; Ма, Т.; Макфи, AG; Милович, Дж. Л. (февраль 2014 г.). «Прирост топлива, превышающий единицу, в инерционно-ограниченном термоядерном взрыве». Природа . 506 (7488): 343–348. Бибкод : 2014Natur.506..343H. дои : 10.1038/nature13008. ISSN  1476-4687. PMID  24522535. S2CID  4466026. Архивировано из оригинала 18 ноября 2023 г. Получено 25 июля 2023 г.
  120. ^ Клери, Дэниел (10 октября 2013 г.). «Прорыв» термоядерного синтеза в NIF? Э-э, не совсем так». ScienceInsider . Архивировано из оригинала 16 октября 2013 г. Получено 3 ноября 2013 г.
  121. ^ Хехт, Джефф (9 октября 2013 г.). «Прогресс в NIF, но нет „прорыва“». LaserFocusWorld . Архивировано из оригинала 26 февраля 2015 г. . Получено 25 февраля 2015 г. .
  122. ^ Meade, Dale (11 октября 2013 г.). "Scientific Breakeven for Fusion Energy" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 февраля 2015 г. . Получено 26 февраля 2015 г. .
  123. ^ Томас, Джереми (30 января 2014 г.). «Несмотря на возражения, Ливерморская лаборатория запустит самый большой в мире лазер на плутонии». Contra Cost Times . Архивировано из оригинала 2 апреля 2015 г. Получено 16 апреля 2015 г.
  124. ^ Томас, Джереми (12 декабря 2014 г.). «Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса проведет испытания плутония с использованием лазера NIF». San Jose Mercury News . Архивировано из оригинала 16 апреля 2015 г. Получено 16 апреля 2015 г.
  125. ^ "NIF Lasers Continue to Fire at a Record Rate". LLNL . Архивировано из оригинала 18 апреля 2015 г. Получено 16 апреля 2015 г.
  126. ^ "Экспериментальные основные моменты – 2016". lasers.llnl.gov . Архивировано из оригинала 14 декабря 2022 г. Получено 14 декабря 2022 г.
  127. ^ Ле Папе, С.; Берзак Хопкинс, LF; Дивол, Л.; Пак, А.; Девальд, Эл.; Бхандаркар, С.; Беннедетти, ЛР; Банн, Т.; Бинер, Дж.; Криппен, Дж.; Кейси, Д.; Эджелл, Д.; Фиттингхофф, Д.Н.; Гату-Джонсон, М .; Гойон, К.; Хаан, С.; Хатарик, Р.; Гавр, М.; Хо, Д. Д.; Идзуми, Н.; Хакес, Дж.; Хан, Сан-Франциско; Кирала, Джорджия; Ма, Т.; Маккиннон, AJ; Макфи, AG; Макгоуэн, Би Джей; Мизан, Северная Каролина; Милович Дж.; Милло, М.; Мишель, П.; Нагель, СР; Никроо, А.; Патель, П.; Ральф, Дж.; Росс, Дж. С.; Райс, Н. Г.; Строцци, Д.; Штадерманн, М.; Волегов, П.; Йеманс, К.; Вебер, К.; Уайлд, К.; Каллахан, Д.; Харрикейн, О. А. (14 июня, 2018). «Выход энергии термоядерного синтеза больше, чем кинетическая энергия имплозивной оболочки на Национальном объекте зажигания». Physical Review Letters . 120 (24): 245003. Bibcode :2018PhRvL.120x5003L. doi : 10.1103/PhysRevLett.120.245003 . hdl : 1721.1/116411 . PMID  29956968.
  128. ^ Indirect Drive ICF Collaboration; Абу-Шавареб, Х.; Акри, Р.; Адамс, П.; Адамс, Дж.; Аддис, Б.; Аден, Р.; Адриан, П.; Афеян, BB; Агглтон, М.; Агаян, Л.; Агирре, А.; Айкенс, Д.; Акре, Дж.; Альберт, Ф. (8 августа 2022 г.). «Критерий Лоусона для зажигания превышен в эксперименте по инерционному синтезу». Physical Review Letters . 129 (7): 075001. Bibcode : 2022PhRvL.129g5001A. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.075001. hdl : 10044/1/99300 . PMID  36018710. S2CID  250321131. Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 14 августа 2022 г.
  129. ^ Zylstra, AB; Kritcher, AL; Hurricane, OA; Callahan, DA; Ralph, JE; Casey, DT; Pak, A.; Landen, OL; Bachmann, B.; Baker, KL; Berzak Hopkins, L.; Bhandarkar, SD; Biener, J.; Bionta, RM; Birge, NW (8 августа 2022 г.). «Экспериментальные достижения и сигнатуры зажигания на Национальном объекте зажигания». Physical Review E. 106 ( 2): 025202. Bibcode : 2022PhRvE.106b5202Z. doi : 10.1103/PhysRevE.106.025202. OSTI  1959535. PMID  36109932. S2CID  251451927. Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 14 августа 2022 г.
  130. ↑ Лаборатория, Ливерморский национальный университет имени Лоуренса (14 августа 2022 г.). «Прорыв в энергетике ядерного синтеза: подтверждено зажигание при рекордном выстреле в 1,3 мегаджоуля». SciTechDaily . Архивировано из оригинала 14 августа 2022 г. . Получено 14 августа 2022 г. .
  131. ^ Болл, Филип. «US Project Reachs Major Milestone towards Practical Fusion Power». Scientific American . Архивировано из оригинала 11 февраля 2022 г. Получено 11 февраля 2022 г.
  132. ^ Кричер, AL ; Зилстра, AB; Каллахан, DA; Харрикейн, OA; Вебер, CR; Кларк, DS; Янг, CV; Ральф, JE; Кейси, DT; Пак, A.; Ланден, OL; Бахманн, B.; Бейкер, KL; Берзак Хопкинс, L.; Бхандаркар, SD (8 августа 2022 г.). «Проект эксперимента по инерционному термоядерному синтезу, превышающего критерий Лоусона для зажигания». Physical Review E. 106 ( 2): 025201. Bibcode : 2022PhRvE.106b5201K. doi : 10.1103/PhysRevE.106.025201 . PMID  36110025. S2CID  251457864.
  133. ^ Чанг, Кеннет (17 августа 2021 г.). «Эксперимент по лазерному синтезу дает мощный всплеск оптимизма». The New York Times . Архивировано из оригинала 17 августа 2021 г. Получено 18 августа 2021 г.
  134. ^ Клери, Дэниел (17 августа 2021 г.). «С новым взрывным результатом лазерно-энергетический термоядерный синтез приближается к „зажиганию“». Наука . AAAS. Архивировано из оригинала 3 февраля 2023 г. . Получено 18 августа 2021 г. .
  135. ^ "DOE National Laboratory Makes History by Achieving Fusion Ignition". Energy.gov . Архивировано из оригинала 19 февраля 2023 г. . Получено 13 декабря 2022 г. .
  136. ^ Кеннет Чанг (13 декабря 2022 г.). «Ученые добились прорыва в области ядерного синтеза с помощью 192 лазеров». The New York Times . Архивировано из оригинала 14 декабря 2022 г. Получено 13 декабря 2022 г.
  137. ↑ Буш, Эван; Ледерман, Джош (13 декабря 2022 г.). «У нас есть „зажигание“: прорыв в термоядерном синтезе приводит к увеличению энергии». NBC News . Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г. Получено 13 декабря 2022 г.
  138. ^ «Утверждения о безубыточности термоядерного синтеза NIF проверены и подтверждены несколькими командами». phys.org . 6 февраля 2024 г. Архивировано из оригинала 24 февраля 2024 г. Получено 8 июня 2024 г.
  139. ^ Райан, Джексон. «Крупный энергетический прорыв: веха достигнута в эксперименте по термоядерному синтезу в США». CNET . Архивировано из оригинала 21 декабря 2022 г. Получено 16 декабря 2022 г.
  140. ^ Вудворд, Айлин (13 декабря 2022 г.). «Ученые из лаборатории США сообщили о прорыве в области ядерной энергетики». The Wall Street Journal . Архивировано из оригинала 13 декабря 2022 г. Получено 13 декабря 2022 г.
  141. ^ "Fusion update". Science . Архивировано из оригинала 10 октября 2023 г. . Получено 9 октября 2023 г. .
  142. ^ Лаванья Ахире в Бангалоре и Дойна Чиаку в Вашингтоне; дополнительный репортаж Яны Гаур (7 августа 2023 г.). Адлер, Лесли; Крафт, Дайан (ред.). «Американские ученые повторяют прорыв в области термоядерного зажигания во второй раз». Reuters . Архивировано из оригинала 13 декабря 2023 г. Получено 8 июня 2024 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  143. ^ abc Толлефсон, Джефф (15 декабря 2023 г.). «US nuclear-fusion lab enters new era: achievement 'ignition' again and over». Nature . 625 (7993): 11–12. doi :10.1038/d41586-023-04045-8. PMID  38102381. S2CID  266311829. Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. . Получено 19 декабря 2023 г. .
  144. ^ "Momentary Fusion Breakthroughs Face Hard Reality > Новые данные NIF дают обещание, хотя путь к повторяемости остается долгим". IEEE Spectrum . Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 8 июня 2024 г.
  145. ^ Кеннет Чанг (25 сентября 2023 г.). «Прорыв в лазерном термоядерном синтезе дает больший прилив энергии». The New York Times . Архивировано из оригинала 8 июня 2024 г. Получено 26 сентября 2023 г.
  146. ^ "FY 2022 Annual Report National Ignition Facility - 2022". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе. Архивировано из оригинала 26 сентября 2023 г. Получено 26 сентября 2023 г.
  147. ^ "HiPER". Проект LMF. 2009. Архивировано из оригинала 2 октября 2018 г. Получено 2 июня 2010 г.
  148. ^ "HiPER". Проект HiPER. 2009. Архивировано из оригинала 3 марта 2011 г. Получено 29 мая 2009 г.
  149. ^ "Пробные эксперименты подтверждают ключевой аспект концепции ядерного синтеза: научная "безубыточность" или лучше — ближайшая цель". Архивировано из оригинала 23 сентября 2012 г. Получено 24 сентября 2012 г.
  150. ^ "Shenguang-II High Power Laser". Китайская академия наук . Архивировано из оригинала 8 сентября 2015 г. Получено 12 июня 2014 г.
  151. ^ Бишоп, Брианна. «Национальный комплекс зажигания служит фоном для «Звездного пути: Возмездие»». Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . Архивировано из оригинала 20 ноября 2015 г. Получено 19 ноября 2015 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Национальный центр сжигания» .

37°41′27″с.ш. 121°42′02″з.д. / 37,69083°с.ш. 121,70056°з.д. / 37,69083; -121,70056