The scientists at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) have achieved samruna ignition and orka break-even. On 5th desember 2022 framkvæmdi rannsóknarteymið stýrða samrunatilraun með því að nota leysigeisla þegar 192 leysigeislar skiluðu meira en 2 milljónum júlum af útfjólubláum orku til lítillar eldsneytiskúlu í frostmarkshólfinu og náðu orkujafnvægi, sem þýðir að samrunatilraunin framleiddi meiri orku en sem leysirinn gefur til að keyra hann. Þessi bylting náðist í fyrsta skipti í sögunni eftir áratuga erfiðisvinnu. Þetta er áfangi í vísindum og hefur veruleg áhrif á horfur á hreinni samrunaorku í framtíðinni í átt að kolefnislausu hagkerfi, til að berjast gegn loftslagsbreytingum og viðhalda kjarnorkufælingarmöguleikum án þess að grípa til kjarnorkutilrauna í átt að varnarmálum þjóðarinnar. Fyrr, þann 8thágúst 2021 var rannsóknarhópurinn kominn á þröskuld samrunakveikju. Tilraunin hafði framleitt meiri orku en nokkur önnur fyrri samrunatilraun en orkujafnvægi náðist ekki. Nýjasta tilraunin sem gerð var 5th Desember 2022 hefur náð því afreki að jafna orkujafnvægi og veita þannig sönnun fyrir því að hægt sé að nýta stýrðan kjarnasamruna til að mæta orkuþörf, þó hagnýt viðskiptasamrunaorkunotkun gæti enn verið mjög fjarlæg.
Nuclear efnahvörf gefa mikið magn af orku sem jafngildir því magni sem tapast, samkvæmt massa-orku samhverfu jöfnu E=MC2 af Einstein. Klofnunarhvörf sem fela í sér niðurbrot kjarna kjarnorkueldsneytis (geislavirk frumefni eins og úran-235) eru nú notuð í kjarnakljúfum til orkuframleiðslu. Hins vegar eru kjarnakljúfar sem byggja á kjarnaklofnun í mikilli hættu fyrir menn og umhverfi eins og sést í tilfelli Tsjernobyl og eru alræmdir fyrir að búa til hættulegan geislavirkan úrgang með mjög langan helmingunartíma sem er mjög erfitt að farga.
Í náttúrunni eru stjörnur eins og sólin okkar, kjarnasamruna sem felur í sér samruna smærri vetniskjarna er vélbúnaður orkuframleiðslu. Kjarnasamruni, ólíkt kjarnaklofnun, krefst mjög hás hitastigs og þrýstings til að kjarna geti sameinast. Þessari kröfu um mjög háan hita og þrýsting er fullnægt í kjarna sólar þar sem samruni vetniskjarna er lykillinn að orkuframleiðslu en að endurskapa þessar erfiðu aðstæður á jörðinni hefur ekki verið mögulegt hingað til í stýrðu ástandi á rannsóknarstofu og þar af leiðandi, kjarnasamrunaofnar eru ekki að veruleika ennþá. (Óstýrður hitakjarnasamruni við mikinn hita og þrýsting sem myndast við að kveikja á klofningsbúnaði er meginreglan á bak við vetnisvopnið).
Það var Arthur Eddington sem lagði fyrst til, allt aftur árið 1926, að stjörnur sæki orku sína frá samruna vetnis í helíum. Fyrsta beina sýningin á kjarnasamruna var á rannsóknarstofu árið 1934 þegar Rutherford sýndi samruna deuteriums í helíum og sá að „gífurleg áhrif mynduðust“ meðan á ferlinu stóð. Í ljósi gríðarlegra möguleika þess að veita ótakmarkaða hreina orku, hafa vísindamenn og verkfræðingar um allan heim verið samstilltir til að endurtaka kjarnasamruna á jörðinni, en það hefur verið verkefni á brekku.
Við mikla hitastig skiljast rafeindir frá kjarnanum og frumeindir verða að jónuðu gasi sem samanstendur af jákvæðum kjarna og neikvæðum rafeindum, það sem við köllum plasma, sem er milljónasta sinnum minna þétt en loftið. Þetta gerir samruna umhverfi mjög þröngt. Til þess að kjarnasamruni geti átt sér stað í slíku umhverfi (sem gæti skilað umtalsverðu magni af orku) ættu þrjú skilyrði að vera uppfyllt; það ætti að vera mjög hár hiti (sem gæti valdið árekstrum í mikilli orku), það ætti að vera nægjanlegur plasmaþéttleiki (til að auka líkur á árekstrum) og plasma (sem hefur tilhneigingu til að þenjast út) ætti að vera bundið í nægilega langan tíma til að gera samruna kleift. Þetta gerir þróun innviða og tækni til að innihalda og stjórna heitu plasma að aðaláherslunni. Hægt væri að nota sterk segulsvið til að takast á við plasma eins og í tilviki Tokamak frá ITER. Tregðulokun blóðvökva er önnur aðferð þar sem hylki fyllt með þungum vetnissamsætum eru sprengd með því að nota háorku leysigeisla.
Samrunarannsóknir sem gerðar voru á Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) í NIF notuðu leysidrifnar sprengjutækni (tregðulokunarsamruna). Í grundvallaratriðum voru millímetra stór hylki fyllt með deuterium og tritium sprengd með aflmiklum leysigeislum sem mynda röntgengeisla. Hylkið hitnar og breytist í plasma. Plasmaið hraðar inn á við og skapar mikla þrýsting og hitastig þegar eldsneyti í hylkinu (deuterium og tritium atóm) sameinast og losar um orku og nokkrar agnir, þar á meðal alfa agnir. Losaðar agnir hafa samskipti við nærliggjandi plasma og hitna það enn frekar sem leiðir til fleiri samrunahvörfa og losunar meiri „orku og agna“ og mynda þannig sjálfbæra keðju samrunahvarfa (kallað „samrunakveikja“).
Samrunarannsóknasamfélagið hefur reynt í nokkra áratugi að ná fram „samrunakveikju“; sjálfbær samrunaviðbrögð. Þann 8th ágúst 2021, Lawrence Laboratory teymið kom á þröskuld „samrunakveikju“ sem þeir hafa náð 5.th Desember 2022. Þennan dag varð stýrð samrunakveiksla á jörðinni að veruleika – tímamótum í vísindum náð!
***
