75 年間、太陽のような核融合を地球上で再現することが夢でした。 世界中の科学者や技術者のチームは、さまざまな核融合法に数百億ドルを費やしてきましたが、「純エネルギー利得」のマイルストーンに到達するのに長い間苦労してきました。
しかし、1 年前まではすべてが変わりました。
2022 年 12 月 5 日、ローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の国立点火施設 (NIF) で、世界最大かつ最高エネルギーのレーザーが 192 個のレーザー ビームを発射し、コショウの実ほどの大きさのターゲットに向けて、小さな「太陽」を作り出しました。 " 地球上で。 2.05メガジュールのレーザーエネルギーをターゲットに発射した後、この実験では3.15メガジュールのエネルギー出力を生成することにより、核融合燃料の点火に必要な以上の核融合エネルギーが生成されました。これは数十年ぶりの大きな科学的進歩です。
レーザーエネルギーの限界を再び突破
幸いなことに、米国のローレンス リバモア国立研究所 (LLNL) の国立点火施設 (NIF) は最近、レーザー エネルギーの新たな新記録を樹立しました。点火ターゲット上で初めて 2.2 メガジュール (MJ) を放射しました。
新たに報告された実験は10月30日に実施され、3.4MJの核融合エネルギーが生成され、点火に達し、NIF史上2番目に高い中性子収量を生成した。
国立点火施設（NIF）の所長であるゴードン・ブラントン氏は、「この記録的なレーザーエネルギーレベルは、達成するまでに何年もの努力を要した信じられない成果である。そして、これはNIFにおける核融合点火の4回目の成功した実証となる。今回の研究は、」と述べた。これは研究所の使命の基礎であり、国家核安全保障局の備蓄管理プログラムをサポートし、できれば核融合エネルギーの未来に近づける新しい機能を備えています。」
2022年12月5日、LLNLは初めて核融合点火に成功した。 2回目は2023年7月30日、NIFレーザーが制御核融合実験で2.05メガジュールのエネルギーをターゲットに照射し、これまでに達成された最高のエネルギー利得である3.88メガジュールの核融合エネルギー出力を生成した。 NIF レーザーは 2023 年 10 月 8 日にレーザー エネルギー 1.9 MJ、核融合エネルギー出力 2.4 MJ で核融合点火を達成しました。
核融合における主な進歩
NIFと光子科学レーザー科学・システム工学機構の共同プロジェクトディレクター、ジャンミッシェル・ディ・ニコラ氏は、「われわれは急な性能成長曲線に乗っている」と述べ、「レーザーエネルギーの増加により、燃料などの問題に対処する余地がさらに広がる」と語った。カプセルの欠陥や燃料ホットスポットの非対称性。より高いレーザーエネルギーはより安定した爆縮を達成するのに役立ち、結果的により高いエネルギー収量につながります。」
これほど多くのエネルギーを供給できるレーザーの能力には疑いの余地がありません。 そして、課題は、NIF の貴重な光学部品を破片による損傷から守ることです、と NIF の運用マネージャー、ブルーノ ヴァン ワンターゲム氏は言います。「レーザー自体は、レーザーに根本的な変更を加えることなく、より高いエネルギーを生成することができます。私たちは損傷制御を最大限にするためにこれらすべてを行っています。」結局のところ、適切な保護がなければエネルギーが多すぎると、光学系が粉々に吹き飛んでしまう可能性があります。」
NIF は、損傷閾値を超えて動作する世界で唯一のレーザー システムを管理しています。これは、光リサイクル ループとして知られる仕組みによって部分的に可能になりました。
より強力なレーザー、より優れたパフォーマンス
2023年6月に完了した2つの主要な軽減策は、2.2MJのレーザーエネルギーをターゲットに届けるために重要でした。NIFのビームラインの3分の2での溶融シリカデブリシールドの使用と、32の下半球ビームラインでの金属シールドの設置です。これにより、ビームラインによっては、デブリによる損傷の割合が 10-100 分の 1 に減少しました。 これらの下部ビームライン光学系は、重力によりターゲット チャンバーからのデブリを最も多く受け取ります。
その他の改良点には、新しい反射防止コーティング、蒸気ヘキサメチルジアゼパン (HMDS) 処理、光回復ループの容量の増加などがあります。 新しい緩和剤であるグレーエッジブロッカーは、科学者たちがまだ特定していなかった問題を解決します。
ディ・ニコラ氏は、「ビームの一部には、他のビームほど性能が良くないものがあります。そして、ビームラインの一方の端に影を落としてレーザーエネルギー密度を大幅に下げると、それらのビームラインの性能が向上することがわかりました」と述べています。問題の根本原因はまだよくわかりませんが、今後は積極的に調査していきます。」
世界で最も高エネルギーのレーザーシステムであるNIFに取り組んでいる科学者や技術者にとって、この謎を解くことは当然のことであり、OMST首席代表のタイヤブ・スラトワラ氏は、「我々はレーザー損傷を精査し、緩和策がモデル化されテストされたことを確認した。しかし、それぞれのレーザーエネルギーを増やすと、前例のない領域に到達し、新たな損傷メカニズムが明らかになります。」
国立科学研究所の驚異的な科学的進歩の記録を維持するには、より多くのエネルギーだけでは十分ではありません。ディ・ニコラ: 「より大きなハンマーをコントロールとスキルで振る必要があります。レーザーパルスは10億分の1秒しか持続しないので、正確に行うには非常に正確でなければなりません。」
この目的を達成するために、チームは最近、より正確で正確なパルス整形を可能にする High Fidelity Pulse Shaping (HiFiPS) システムの展開を完了しました。HiFiPS は、より優れたパワー バランスと爆縮時の対称制御を可能にする、数年かけて開発されたプロジェクトです。
別の改良点として、チームは装置の光ファイバーを改修して、繰り返しの中性子曝露に対する耐性を高めた。 これらのファイバーは、ターゲットに送信されるレーザー パルスを正確に測定するために使用されます。 この改修により信号強度が 10-100 倍に増加したため、研究者はレーザーの性能を引き続き「確認」できるようになりました。
将来への希望は何ですか？
現在、レーザーは 2.2 メガジュールのレーザー エネルギーを供給しています。 研究チームは研究段階に戻り、核融合点火を引き起こした最初の実験の後に同じプロセスを実行した。
「私たちは光学系を調べ、損傷を評価し、この新しい機能をどのくらいの頻度で使用できるかを理解しています。それまでの間、私たちはこの大きな成果を祝っています。これは、大企業による長年の努力の結果です」とスラトワラ氏は述べた。 LLNL 内のチームと多くの外部パートナーです。」
