The scientists at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) have achieved հալում ignition and էներգիա break-even. On 5th 2022 թվականի դեկտեմբերին հետազոտական թիմը լազերների օգտագործմամբ վերահսկվող միաձուլման փորձ կատարեց, երբ 192 լազերային ճառագայթները ավելի քան 2 միլիոն ջոուլ ուլտրամանուշակագույն էներգիա փոխանցեցին կրիոգեն թիրախային խցիկում գտնվող վառելիքի փոքրիկ գնդիկին և հասան էներգիայի ընդմիջման, ինչը նշանակում է, որ միաձուլման փորձը արտադրեց ավելի շատ էներգիա, քան տրամադրված է լազերային կողմից այն վարելու համար: Այս բեկումը պատմության մեջ առաջին անգամ ձեռք բերվեց տասնամյակների քրտնաջան աշխատանքից հետո: Սա գիտության մեջ կարևոր իրադարձություն է և ունի զգալի հետևանքներ ապագայում մաքուր ածխածնային էներգիայի հեռանկարի համար՝ զուտ զրոյական ածխածնային տնտեսության, կլիմայի փոփոխության դեմ պայքարի և միջուկային զսպման միջոցների պահպանման համար՝ առանց ազգային պաշտպանության միջուկային փորձարկումների դիմելու: Ավելի վաղ՝ 8th2021 թվականի օգոստոսին հետազոտական թիմը հասել էր միաձուլման բռնկման շեմին: Գիտափորձն ավելի շատ էներգիա էր արտադրել, քան նախկինում միաձուլման փորձը, սակայն էներգիայի սահմանաչափը չհասավ: 5-ին կատարված վերջին փորձըth 2022-ի դեկտեմբերն իրականացրեց էներգիայի անկման սխրանքը՝ այդպիսով ապահովելով հայեցակարգի ապացույց, որ վերահսկվող միջուկային միաձուլումը կարող է օգտագործվել էներգիայի կարիքները բավարարելու համար, թեև Գործնական կոմերցիոն միաձուլման էներգիայի կիրառումը կարող է դեռ շատ հեռու լինել:
Միջուկային ռեակցիաները տալիս են մեծ քանակությամբ էներգիա, որը համարժեք է կորցրած զանգվածի քանակին, ըստ զանգված-էներգիա համաչափության հավասարման E=MC2 Էյնշտեյնի։ Միջուկային վառելիքի միջուկների (ռադիոակտիվ տարրեր, ինչպիսին է ուրանը-235) քայքայման հետ կապված տրոհման ռեակցիաները ներկայումս օգտագործվում են միջուկային ռեակտորներում էներգիա արտադրելու համար: Այնուամենայնիվ, միջուկային տրոհման վրա հիմնված ռեակտորները բարձր մարդկային և բնապահպանական վտանգներ ունեն, ինչպես դա ակնհայտ է Չեռնոբիլի դեպքում, և հայտնի են վտանգավոր ռադիոակտիվ թափոններ ստեղծելով շատ երկար կիսամյակներով, որոնք չափազանց դժվար է ոչնչացնելը:
Բնության մեջ մեր արևի նման աստղեր, միջուկային միաձուլում Ջրածնի փոքր միջուկների միաձուլումը էներգիայի արտադրության մեխանիզմն է: Միջուկային միաձուլումը, ի տարբերություն միջուկային տրոհման, պահանջում է չափազանց բարձր ջերմաստիճան և ճնշում, որպեսզի միջուկները միաձուլվեն: Չափազանց բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման այս պահանջը բավարարվում է արևի հիմքում, որտեղ ջրածնի միջուկների միաձուլումը էներգիայի արտադրության հիմնական մեխանիզմն է, սակայն երկրի վրա այս ծայրահեղ պայմանների վերստեղծումը մինչ այժմ հնարավոր չի եղել վերահսկվող լաբորատոր պայմաններում, և արդյունքում՝ միջուկային միաձուլման ռեակտորները դեռ իրականություն չեն։ (Ջրածնային զենքի հիմքում ընկած սկզբունքն է անվերահսկելի ջերմամիջուկային միաձուլումը ծայրահեղ ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում, որը առաջացել է տրոհման սարքի գործարկման արդյունքում):
Հենց Արթուր Էդինգթոնն առաջին անգամ առաջարկեց դեռևս 1926 թվականին, որ աստղերն իրենց էներգիան վերցնում են ջրածնի հելիումի միաձուլումից: Միջուկային միաձուլման առաջին ուղղակի ցուցադրումը եղել է լաբորատորիայում 1934 թվականին, երբ Ռադերֆորդը ցույց տվեց դեյտերիումի միաձուլումը հելիումի մեջ և նկատեց, որ այդ գործընթացի ընթացքում «ստեղծվեց հսկայական ազդեցություն»: Հաշվի առնելով անսահմանափակ մաքուր էներգիա ապահովելու նրա հսկայական ներուժը, ամբողջ աշխարհում գիտնականների և ինժեներների կողմից իրականացվել են համաձայնեցված ջանքեր՝ միջուկային միաձուլումը Երկրի վրա կրկնօրինակելու համար, սակայն դա դժվար խնդիր է եղել:
Ծայրահեղ ջերմաստիճանի դեպքում էլեկտրոնները բաժանվում են միջուկներից, և ատոմները դառնում են իոնացված գազ՝ բաղկացած դրական միջուկներից և բացասական էլեկտրոններից, ինչը մենք անվանում ենք պլազմա, որն օդից մեկ միլիոներորդ անգամ պակաս խտություն ունի: Սա ստիպում է հալում միջավայրը շատ նեղ. Որպեսզի միջուկային միաձուլումը տեղի ունենա նման միջավայրում (որը կարող է զգալի քանակությամբ էներգիա տալ), պետք է բավարարվեն երեք պայմաններ. պետք է լինի շատ բարձր ջերմաստիճան (որը կարող է առաջացնել բարձր էներգիայի բախումներ), պետք է լինի բավարար պլազմայի խտություն (բախումների հավանականությունը մեծացնելու համար) և պլազման (որը հակված է ընդլայնվելու) պետք է սահմանափակվի բավականաչափ ժամանակով։ միացնել միաձուլումը: Սա հիմնական ուշադրության կենտրոնում է դարձնում ենթակառուցվածքների և տեխնոլոգիաների զարգացումը տաք պլազմայի պարունակության և վերահսկման համար: Ուժեղ մագնիսական դաշտերը կարող են օգտագործվել պլազմայի հետ վարվելու համար, ինչպես ITER-ի Tokamak-ի դեպքում: Պլազմայի իներցիոն սահմանափակումը ևս մեկ այլ մոտեցում է, երբ ծանր ջրածնի իզոտոպներով լցված պարկուճները պայթում են բարձր էներգիայի լազերային ճառագայթների միջոցով:
NIF-ի Լոուրենս Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայում (LLNL) անցկացված միաձուլման ուսումնասիրությունները կիրառել են լազերային վրա հիմնված իմպլոզիոն տեխնիկա (իներցիոն սահմանափակման միաձուլում): Հիմնականում դեյտերիումով և տրիտումով լցված միլիմետր չափի պարկուճները պայթել են բարձր հզորության լազերներով, որոնք ռենտգենյան ճառագայթներ են առաջացնում: Պարկուճը տաքանում է և վերածվում պլազմայի։ Պլազման արագանում է դեպի ներս՝ ստեղծելով ծայրահեղ ճնշման և ջերմաստիճանի պայմաններ, երբ պարկուճում վառելիքը (դեյտերիումի և տրիտիումի ատոմները) միաձուլվում են՝ ազատելով էներգիա և մի քանի մասնիկներ, ներառյալ ալֆա մասնիկները: Ազատված մասնիկները փոխազդում են շրջապատող պլազմայի հետ և այն ավելի են տաքացնում՝ հանգեցնելով ավելի շատ միաձուլման ռեակցիաների և ավելի շատ «էներգիայի և մասնիկների» արտազատման՝ այդպիսով ստեղծելով միաձուլման ռեակցիաների ինքնապահպանվող շղթա (կոչվում է «fusion բռնկում»):
Միաձուլման հետազոտական համայնքը մի քանի տասնամյակ փորձում է հասնել «միաձուլման բռնկման». ինքնասպասարկման միաձուլման ռեակցիա: 8-ինth 2021 թվականի օգոստոսին Լոուրենսի լաբորատորիայի թիմը եկավ «սառուցման բռնկման» շեմին, որին նրանք հասել էին 5-ինth Դեկտեմբեր 2022. Այս օրը Երկրի վրա վերահսկվող միաձուլման բռնկումն իրականություն դարձավ.
***
