Με ένα Laser κατάφεραν να πλησιάσουν την πυρηνική σύντηξη

Από σελίδα του SciNews 30-Οκτωβρίου-2000

Την πρώτη μεγάλης κλίμακας δοκιμή μιας νέας τεχνικής που καθοδηγείται με laser για βελτίωση της πυρηνικής σύντηξης, κατόρθωσαν επιτυχώς ερευνητές στα εργαστήρια του Πανεπιστημίου του Rochester για τη χρήση των Laser (LLE).
Χρησιμοποιώντας αυτή τη τεχνική, που καλείται 'ομαλοποίηση μέσω πόλωσης',   δημιούργησαν 70% περισσότερα τηγμένα νετρόνια από οποιαδήποτε άλλη περίπτωση και κατόρθωσαν έτσι οι ερευνητές να είναι κοντά σε μια ελεγχόμενη αυτο-συντηρούμενη σύντηξη. Συγκεκριμμένα με μια διάταξη laser (Omega), την ισχυρότερη δέσμη laser του κόσμου,  που βρίσκεται εγκατεστημένο στο Rochester, κατάφεραν να αυξήσουν την απόδοση του συστήματος.
Αυτά τα αποτελέσματα των δοκιμών ανακοινώθηκαν  σε μιά ετήσια συνάντηση της Αμερικανικής Εταιρείας για τη Φυσική του Πλάσματος, που έγινε στο  Quebec του Καναδά, την περασμένη εβδομάδα.

Η πυρηνική σύντηξη, που αντίθετα από την πυρηνική σχάση, στοχεύει στην συνένωση ελαφρών πυρήνων (υδρογόνου, λιθίου) για τη δημιουργία ενός βαρύτερου πυρήνα, απελευθερώνει με αυτό το τρόπο τεράστια ενέργεια.

Στα άστρα η σύντηξη του υδρογόνου συντελείται λόγω της βαρυτικής πίεσης που ασκεί η τεράστια μάζα του άστρου. Στη Γη, όμως, η απαιτούμενη πίεση πρέπει να επιτευχθεί με άλλο τρόπο. Αυτό μπορεί να συμβεί χρησιμοποιώντας ισχυρά μαγνητικά πεδία σε ειδικές συσκευές που ονομάζονται Tokamak ή με ακτίνες laser. 

Οταν το υδρογόνο συμπιεστεί, σχηματίζεται πλάσμα, δηλαδή γυμνοί πυρήνες όπως στον Ηλιο. Αν και αξιοποιείται στην κατασκευή πυρηνικών όπλων, οι Φυσικοί ακόμη δεν έχουν κατορθώσει μέχρι σήμερα να παράγουν ενέργεια με ελεγχόμενο τρόπο από τη διαδικασία αυτή.

Νέα τεχνική

Το εργαστήριο αυτό των Laser (Laboratory Laser Energetics -LLE) χρησιμοποιεί ένα από τα πιό ισχυρά laser του κόσμου: Την δέσμη-60 Omega (με 60 δέσμες laser). Η δέσμη Omega χρησιμοποείται συχνά σαν δοκιμαστική βάση για τις τεχνολογίες που σχεδιάζονται για το National Ignition Facility (NIF) στην California.
Επειδή αυτές οι διαδικασίες δείχνουν να είναι πολλά υποσχόμενες, θα ενσωματωθούν σε κάθε μία από τις 192 ακτίνες laser του NIF για καθοδήγηση της σύντηξης.

Η δέσμη laser Omega κατευθύνει σφαιρικά την ενέργεια της σε ένα μικροσκοπικό σβώλο λίγων mm που περιέχει το υλικό προς σύντηξη, προξενώντας σε αυτόν μια έκρηξη στο εσωτερικό του και διεγείροντας έτσι πυρηνική σύντηξη. Προϋπόθεση είναι να καλύπτεται από όλες τις πλευρές ομοιόμορφα ο σβώλος αυτός με τις ακτίνες του laser.
Ξεκινώντας πάντως αυτή τη σύντηξη με 60 δέσμες, είναι σαν να προσπαθείς να σπάσεις ένα μπαλόνι με τα δάκτυλα σου, το μπαλόνι δημιουργεί εξογκώματα μεταξύ αυτών. Παρόμοια, αν η ενέργεια από κάθε ακτίνα του laser συμπιέζει ολοένα και πιό δυνατά σε ένα σημείο από όλα τα άλλα, τότε ο σβώλος θα εκραγεί ανώμαλα, χάνοντας κάποια ισχύ για τη διέγερση της σύντηξης.

Για να νικήσουν αυτή τη πίεση, οι επιστήμονες ανέπτυξαν τρόπους 'ομαλοποίησης'   των ακτίνων ώστε αυτές να κτυπούν το σβώλο ομαλά από όλες τις μεριές. Κατάφεραν λοιπόν οι ερευνητές να δώσουν μία ικανοποιητική λύση με διαχωρισμό των 60 δεσμών στα δύο, με μια διάταξη 240 ανακλαστικών κρυστάλλων, και την ακόλουθη επανένωσή τους. Επιτρέποντας έτσι την ομοιόμορφη ακτινοβόληση του σφαιριδίου, που ι αποτέλεσμα έχει την παραγωγή νετρονίων -που απελευθερώνονται κατά τη σύντηξη- αυξημένη κατά 70%.

"Η ιδέα της  'ομαλοποίησης μέσω πόλωσης' υπήρχε από καιρό, (από το 1996) αλλά είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκε σε τέτοια κλίμακα," είπε ο επιστήμονας David Meyerhofer, καθηγητής της τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο του Rochester.

Η εφεύρεση θεωρείται πολύ σημαντική, γιατί φέρνει τους φυσικούς ένα βήμα πιο κοντά στην πυρηνική σύντηξη που παράγει με ελεγχόμενο τρόπο αρκετή ενέργεια ώστε να αυτοσυντηρείται.