National Ignition Facility

Infotaula d'organitzacióNational Ignition Facility
Dades
Tipusinstitut de recerca Modifica el valor a Wikidata
País d'origenEUA
Història
FundadorDepartament d'Energia dels Estats Units
Governança corporativa
Seu 
Twitter (X): lasers_llnl Modifica el valor a Wikidata

El National Ignition Facility (amb acrònim anglès NIF) és un centre d'investigació de fusió de confinament inercial (ICF) basat en làser, situat al Laboratori Nacional Lawrence Livermore a Livermore, Califòrnia, Estats Units. La missió de NIF és aconseguir l'encesa per fusió amb un gran guany d'energia. Va aconseguir el primer experiment científic de fusió controlada el 5 de desembre de 2022, amb un guany d'energia d'1,5 megajoules.[1][2] Dóna suport al manteniment i disseny d'armes nuclears estudiant el comportament de la matèria en les condicions que es troben a les explosions nuclears.[3]

Diagrama de Sankey de l'energia làser a raigs X hohlraum per orientar l'eficiència d'acoblament d'energia de la càpsula. Cal tenir en compte que l'"energia làser" és després de la conversió a UV, que perd al voltant del 50% de la potència IR original. La conversió de la calor dels raigs X en energia del combustible perd un altre 90%, de l'1,9 MJ de llum làser, només uns 10 kJ acaben en el propi combustible.

NIF és el dispositiu ICF més gran i potent construït fins ara.[4] El concepte bàsic de l'ICF és esprémer una petita quantitat de combustible per assolir la pressió i la temperatura necessàries per a la fusió. NIF acull el làser més energètic del món. El làser escalfa la capa exterior d'una petita esfera. L'energia és tan intensa que fa que l'esfera imploti, estrenyent el combustible a l'interior. La implosió arriba a una velocitat màxima de 350 km/s (220 mi/s),[5] augmentant la densitat del combustible d'aproximadament la de l'aigua a unes 100 vegades la del plom. El lliurament d'energia i el procés adiabàtic durant la implosió eleva la temperatura del combustible a centenars de milions de graus. A aquestes temperatures, els processos de fusió es produeixen en el petit interval abans que el combustible exploti cap a l'exterior.

La construcció del NIF va començar l'any 1997. El NIF es va completar amb cinc anys de retard i va costar gairebé quatre vegades el seu pressupost original. El 31 de març de 2009, el Departament d'Energia dels Estats Units va certificar que la construcció va estar acabada.[6] Els primers experiments a gran escala es van realitzar el juny de 2009 [7] i els primers "experiments d'encesa integrat" (que van provar la potència del làser) es van declarar finalitzats l'octubre de 2010 [8]

Del 2009 al 2012 es van dur a terme experiments en el marc de la Campanya Nacional d'Ignició, amb l'objectiu d'arribar a l'encesa just després que el làser arribés a la màxima potència, en algun moment de la segona meitat del 2012. La campanya va acabar oficialment el setembre de 2012, aproximadament1⁄10 les condicions necessàries per a l'encesa.[9] A partir de llavors, el NIF s'ha utilitzat principalment per a la investigació de la ciència dels materials i les armes. L'any 2021, després de les millores en el disseny de l'objectiu de combustible, NIF va produir el 70% de l'energia del làser, batent el rècord establert el 1997 pel reactor JET en un 67% i aconseguint un plasma en combustió. El 5 de desembre de 2022, després de noves millores tècniques, NIF va arribar a l'"ignició", o punt d'equilibri científic, per primera vegada, aconseguint un rendiment energètic del 154%.[10]

Referències

  1. ↑ Clery, Daniel (en anglès) With historic explosion, a long sought fusion breakthrough, December 13, 2022. DOI: 10.1126/science.adg2803 [Consulta: December 13, 2022].
  2. ↑ Physics Today, doi:10.1063/PT.6.2.20221213a, <https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.2.20221213a/full/>
  3. ↑ "About NIF & Photon Science" Arxivat December 2, 2017, a Wayback Machine., Lawrence Livermore National Laboratory
  4. ↑ Hogan, W.J; Moses, E.I; Warner, B.E; Sorem, M.S; Soures, J.M Nuclear Fusion, 41, 5, 2001, pàg. 567–573. DOI: 10.1088/0029-5515/41/5/309. ISSN: 0029-5515.
  5. ↑ Nathan, Stuart. «Tracing the sources of nuclear fusion» (en anglès). The Engineer.
  6. ↑ «Department of Energy Announces Completion of World's Largest Laser» (en anglès). United States Department of Energy, March 31, 2009. Arxivat de l'original el April 1, 2009. [Consulta: April 1, 2009].
  7. ↑ «First NIF Shots Fired to Hohlraum Targets» (en anglès). National Ignition Facility, June 2009. Arxivat de l'original el May 28, 2010. [Consulta: September 13, 2009].
  8. ↑ «First successful integrated experiment at National Ignition Facility announced» (en anglès). General Physics. PhysOrg.com, October 8, 2010. [Consulta: October 9, 2010].
  9. ↑ An Assessment of the Prospects for Inertial Fusion Energy (en anglès). National Academies Press, July 2013, p. 2. ISBN 978-0-309-27224-7. 
  10. ↑ «National Ignition Facility achieves fusion ignition» (en anglès). www.llnl.gov. [Consulta: December 13, 2022].