Les résultats de l’expérience de rendement record de 1.3 mégajoule
Trois articles mettent en évidence les résultats de l’expérience de rendement record de 1.3 mégajoule. À l’occasion du premier anniversaire de cette réalisation historique, les résultats scientifiques de cette expérience record ont été publiés dans trois articles évalués par des pairs: un dans Physical Review Letters et deux dans Physical Review E. Plus de 1 000 auteurs sont inclus dans l’un des articles de Physical Review Papers pour reconnaître et saluer les nombreuses personnes qui ont travaillé pendant de nombreuses années pour permettre cette amélioration significative.
“Le record a été un développement scientifique principal dans la recherche sur la fusion, qui établit que l’allumage par fusion au laboratoire est possible au National Ignition Facility (NIF)”, a déclaré Omar Hurricane, scientifique en chef du laboratoire du programme de fusion par confinement inertiel, Lawrence Livermore National Research lab (LLNL). “En réalisant les conditions requises pour l’allumage, a été un objectif de longue date pour toutes les études de fusion par confinement inertiel, et ouvre l’accès à un régime experimental tout neuf, où l’auto-échauffement des particules alpha dépasse tous les mécanismes de refroidissement dans le plasma de fusion.”
Les articles décrivent en détail les résultats du 8 août 2021, ainsi que la conception, les améliorations et les mesures expérimentales associées. Le physicien du LLNL Alex Zylstra, expérimentateur principal et 1er auteur de l’article expérimental Physical Review E, a remarqué qu’en 2020 et au début de 2021, le Laboratoire a mené pour la première fois des expériences dans le régime “plasma brûlant”, qui ont préparé le terrain pour le tir de record.
“A partir de cette conception, nous avons apporté plusieurs améliorations pour arriver à la prise de vue du 8 août 2021”, a-t-il déclaré. “Les améliorations apportées à la conception physique et à la qualité de la cible ont toutes contribué au succès du tir d’août, ce qui est discuté dans les articles de Physical Review E.”
Cette expérience a incorporé quelques modifications, y compris une conception de cible améliorée. “Réduire le temps de roue libre avec des hohlraums plus efficaces contrairement aux expériences précédentes était essentiel pour passer du plasma brûlant au régime d’allumage”, a déclaré Annie Kritcher, physicienne du LLNL, développeur principal et 1er auteur de l’autre article Physical Review E. “Les autres principaux changements ont été la qualité de la capsule développée et également un tube de remplissage de carburant plus petit.”
Les résultats de l’expérience de rendement record de 1.3 mégajoule: les 192 faisceaux laser
Depuis l’expérience d’août dernier, le groupe a mené une série d’expériences pour tenter de répéter la performance et aussi pour comprendre les sensibilités expérimentales dans un nouveau régime.
“De nombreuses variables pourraient avoir un impact sur chaque expérience”, a déclaré Kritcher. “Les 192 faisceaux laser ne fonctionnent pas exactement de la même manière d’un tir à l’autre, la qualité des cibles diffère et la couche de glace se développe à des rugosités différentes sur chaque cible. Ces expériences ont permis de tester et de comprendre la variabilité inhérente à cette marque. – nouveau régime expérimental sensible.”
Pendant que les tentatives répétées n’atteignent pas le même degré de rendement de fusion que l’expérience d’août 2021, toutes ont montré un gain de capsule supérieur à l’unité avec des rendements de l’ordre de 430 à 700 kJ, nettement plus élevé que le rendement le plus élevé de 170 kJ de Février 2021. Les informations obtenues grâce à ces expériences et à d’autres, fournissent des indices cruciaux sur ce qui s’est bien passé, et sur les changements nécessaires pour répéter cette expérience, et dépasser ses performances à l’avenir. L’équipe utilise également les données expérimentales pour mieux comprendre les processus fondamentaux de l’allumage, et de la combustion par fusion, et pour améliorer les dispositifs de simulation à l’appui de la gestion des stocks.
Pour l’avenir, l’équipe travaille pour tirer parti des données expérimentales, et des simulations accumulées pour passer à un régime plus robuste – plus loin au-delà de la falaise d’allumage – où les tendances générales trouvées dans ce tout nouveau régime expérimental pourraient être mieux séparées de la variabilité des cibles et les performances laser.
Des efforts pour augmenter les performances et la robustesse de la fusion, sont en cours grâce aux progrès du laser, aux améliorations des cibles et aux modifications de la conception qui améliorent encore la fourniture d’énergie au point chaud tout en maintenant ou même en augmentant la pression du point chaud. Cela comprend le développement de la compression du combustible de fusion, et l’augmentation de la quantité de gaz et d’autres voies.
“Il est extrêmement excitant d’obtenir une” preuve d’existence “de l’allumage en laboratoire”, a déclaré Hurricane. “Nous opérons dans un régime auquel aucun chercheur n’a eu accès depuis la fin des essais nucléaires, et c’est une opportunité incroyable d’élargir nos connaissances alors que nous continuons à progresser.”
Plus d’informations :
H. Abu-Shawareb et al, Critère de Lawson pour l’allumage dépassé dans une expérience de fusion inertielle, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.075001
A. B. Zylstra et al, Réalisation expérimentale et signatures d’allumage au National Ignition Facility, Physical Review E (2022). DOI : 10.1103/PhysRevE.106.025202
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