Pada bulan Agustus 2022, ketika tim ilmuwan di National Ignition Facility (NIF) Lawrence Livermore National Lab (LLNL) melepaskan tembakan yang menghasilkan energi fusi sebesar 1,35 megajoule (MJ) dengan energi laser 1,9 MJ, hal ini merupakan-terobosan ilmiah yang telah lama ditunggu-tunggu yang menandakan terjadinya pembakaran fusi.
Kemudian pada tahun yang sama selama eksperimen fusi inersia lainnya (alias-fusi yang digerakkan oleh laser), para ilmuwan mencapai hasil energi fusi sebesar 3,15 MJ dengan energi laser 2,05 MJ dan mencapai penyalaan. Ini adalah reaksi fusi termonuklir yang dibuat di dalam laboratorium-dan memulai perlombaan global untuk menerapkan energi fusi-bebas laser-yang digerakkan oleh karbon ke dalam jaringan listrik pada tahun 2030-an atau 2040-an.
"Ini adalah titik balik ketika NIF pertama kali berhasil menunjukkan bahwa fusi inersia mungkin terjadi, dan kuncinya adalah memiliki jenis bahan bakar-deuterium-tritium-yang tepat dan menggunakan laser untuk mengompresi dan memadukannya guna menghasilkan penguatan (lebih banyak energi yang keluar daripada yang dimasukkan)," kata Arianna Gleason, staf ilmuwan dan wakil direktur divisi Sains Kepadatan Energi Tinggi SLAC. "Ini seperti mempertahankan bahan bakar sebuah bintang-hanya sepersekian detik di dalam laboratorium."
Pada bulan Agustus 2022, ketika tim ilmuwan di National Ignition Facility (NIF) Lawrence Livermore National Lab (LLNL) melepaskan tembakan yang menghasilkan energi fusi sebesar 1,35 megajoule (MJ) dengan energi laser 1,9 MJ, hal ini merupakan-terobosan ilmiah yang telah lama ditunggu-tunggu yang menandakan terjadinya pembakaran fusi.
Kemudian pada tahun yang sama selama eksperimen fusi inersia lainnya (alias-fusi yang digerakkan oleh laser), para ilmuwan mencapai hasil energi fusi sebesar 3,15 MJ dengan energi laser 2,05 MJ dan mencapai penyalaan. Ini adalah reaksi fusi termonuklir yang dibuat di dalam laboratorium-dan memulai perlombaan global untuk menerapkan energi fusi-bebas laser-yang digerakkan oleh karbon ke dalam jaringan listrik pada tahun 2030-an atau 2040-an.
"Ini adalah titik balik ketika NIF pertama kali berhasil menunjukkan bahwa fusi inersia mungkin terjadi, dan kuncinya adalah memiliki jenis bahan bakar-deuterium-tritium-yang tepat dan menggunakan laser untuk mengompresi dan memadukannya guna menghasilkan penguatan (lebih banyak energi yang keluar daripada yang dimasukkan)," kata Arianna Gleason, staf ilmuwan dan wakil direktur divisi Sains Kepadatan Energi Tinggi SLAC. "Ini seperti mempertahankan bahan bakar sebuah bintang-hanya sepersekian detik di dalam laboratorium."
Kemajuan arsitektur laser untuk fusi
NIF dibangun pada tahun 1990-an dan menampilkan teknologi laser pada masa itu. "Saat ini kami membuat laser jauh lebih efisien dibandingkan pada tahun 1990an. Teknologi kami telah maju ke titik di mana kami dapat memiliki laser yang sangat efisien dengan tingkat pengulangan yang kami butuhkan untuk fusi-banyak tembakan per detik," kata Glenzer. Menariknya, microchip di dalam iPhone diproduksi dengan teknologi laser yang benar-benar dihasilkan dari program fusi laser. Ini adalah kesuksesan komersial pertama dari fusi laser.
Dalam komunitas fusi, teknologi laser perlahan-lahan beralih dari arsitektur lama yang dulunya berfungsi-lampu flash-yang dipompa atau lampu flash-laser adalah "pekerja keras yang sangat kuat", kata Gleason. "Tetapi kami memerlukan yang lebih efisien, jadi kami menggunakan diode-pumped solid-laser keadaan (DPSSL)."
Ini berarti rantai pasokan untuk laser DPSSL perlu dibangun, karena semua orang beralih ke platform laser standar IFE untuk pengujian yang diperlukan. "Laser-yang digabungkan dengan serat adalah salah satu metode untuk memindahkan cahaya dari satu lokasi ke lokasi lain, yang digunakan di mana-mana oleh telekomunikasi, namun ketika komunitas fusi mencoba memanfaatkan arsitektur laser generasi saat ini dan kami membangun laser yang lebih besar, kami harus lebih memperhatikan bagaimana segala sesuatunya menjadi dingin. Ini adalah ruang inovasi bagi perusahaan," kata Gleason.
Laser Excimer menggunakan gas sebagai medianya dan "memiliki sejarah yang kuat dengan Departemen Pertahanan (DoD) untuk-senjata energi terarah," kata Gleason. "Ini juga merupakan dasar bagi konsep fusi. Kemajuan besar sedang dicapai dengan laser excimer, yang didasarkan pada ilmu fisika dan penelitian selama puluhan tahun. Kami membuat kemajuan untuk memiliki laser yang begitu kuat-mungkin dengan ukuran yang lebih kecil atau dengan efisiensi yang lebih baik. Bagaimana Anda mendinginkan struktur laser sebesar itu? Di sinilah perusahaan swasta dapat mengembangkan saus rahasia mereka sendiri."
Pusat fusi STARFIRE dan RISE
Hub fusi STARFIRE dipimpin oleh LLNL, dengan SLAC, untuk mengkomersialkan energi fusi yang digerakkan oleh laser. Fokusnya adalah-desain target keuntungan tinggi, manufaktur target, dan DPSSL. Anggotanya termasuk MIT; Universitas California, Berkeley; Universitas California, Los Angeles; Universitas California, San Diego; Universitas Oklahoma; Universitas Rochester; Texas A&M; Institut Teknologi Laser Fraunhofer; Yayasan Lab Livermore; Laboratorium Nasional Oak Ridge; Laboratorium Nasional Sungai Savannah; Energi Terfokus Inc.; Atom Umum; Leonardo Elektronik AS; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; dan Xcimer Energy Corp.
Tim memiliki akses ke laboratorium laser di SLAC, sehingga mereka memiliki kesempatan untuk menggunakan Linac Coherent Light Source (LCLS), satu-satunya laser elektron bebas sinar-x (XFEL) (XFEL) di AS, untuk menyelidiki dan menginterogasi bahan kapsul atau bahan bakar fusi. Ini beroperasi pada 120 Hz, tetapi akan segera beroperasi pada megahertz.
"Kami menggunakan dua laser sekaligus dalam eksperimen kami di SLAC. Laser-pulsa panjang menggerakkan gelombang kejut ke dalam sampel, lalu kami menyelidikinya dengan LCLS untuk melihat apa yang terjadi pada skala panjang dan waktu terkecil untuk menyempurnakan model fisika kami," kata Gleason. “Kita perlu membandingkan apel dengan apel untuk mengukur apakah model fisika kita benar. Hal ini tidak hanya mendasari apa yang dibutuhkan laboratorium nasional, namun juga memberi perusahaan swasta cara untuk memprediksi apakah sebagian dari konsep mereka akan berhasil atau tidak (misalnya, bagaimana mereka mensimulasikan keterlibatan target mereka). Dan kami menyediakan data penting ini kepada mereka dengan memanfaatkan akses kami ke platform laser dan instrumen yang berbeda.”
Hub lainnya, RISE, dipimpin oleh SLAC dan Colorado State University, dan melibatkan para ahli dari Cornell University, University of Illinois, Texas A&M, Los Alamos National Laboratory, Naval Research Laboratory, dan perusahaan swasta-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion, dan General Atomics-yang mengerjakan pendekatan berbeda terhadap driver laser.
“Semua memiliki pendekatan yang kredibel,” kata Glenzer. "Tetapi tidak ada satu perusahaan pun yang mencoba mewujudkan semuanya-ini adalah sebuah komunitas dan pusat fusi berskala nasional. Para peneliti berupaya untuk memajukan teknologi dan kami belajar dari satu sama lain untuk mencoba menutup kesenjangan penelitian dan teknologi pada tahun 2030an."
Glenzer sering ditanya oleh investor perusahaan fusi mana yang akan didukung. “Beberapa perusahaan laser dapat menghasilkan uang jauh lebih awal dengan mengirimkan laser untuk menembak jatuh drone di bidang pertahanan,” katanya. “Tetapi para investor tidak terlalu menyukai ide tersebut karena mereka menginginkan pasar yang hanya melayani fusi dan listrik. Mereka sebenarnya ingin perusahaan-perusahaan ini melakukan fusi sehingga mereka dapat menjual listrik. Sungguh menarik betapa fokusnya mereka dalam mewujudkan fusi.”
Komunitas fusi "sangat menyadari persyaratan rantai pasokan bagi perusahaan fusi agar memiliki sumber daya yang tidak hanya membangun rencana uji coba mereka tetapi juga memiliki{0}}armada reaktor jangka panjang," kata Gleason. “Ini adalah pendekatan multi-cabang dalam hal sumber bahan baku, dan kemudian memproduksi komponen di seluruh Amerika, untuk membangun rantai pasokan dalam negeri. Ini adalah kuncinya.”
2030-an atau 2040-an untuk pabrik percontohan fusi?
Kemitraan-pemerintah dan swasta dan pendanaan sangat penting untuk mewujudkan fusi-berbasis laser pada jaringan listrik pada tahun 2030-an.
“Peran kami terutama adalah untuk mendukung dan menghindari teknologi penting yang dibutuhkan oleh industri fusi/perusahaan swasta,” kata Gleason. “Tetapi beberapa perusahaan memperkirakan hal ini akan terjadi pada tahun 2030an.”
Departemen Energi AS menetapkan tujuan pada tahun 2030-an. “Ini berarti kami ingin menutup semua kesenjangan teknologi dan penelitian, beberapa di antaranya pada pertengahan tahun 2030an, dan kemudian membangun pabrik percontohan,” kata Glenzer. “Hal ini sangat bergantung pada seberapa banyak uang yang diinvestasikan, namun realistis untuk mengharapkan pabrik percontohan pada akhir tahun 2030an atau awal tahun 2040an.”
