Μια ομάδα επιστημόνων κατέγραψε με επιτυχία μια «ταινία» υψηλής ευκρίνειας με κρουστικά κύματα που κινούνται μέσα από ένα μικροσκοπικό πίδακα νερού, αποκαλύπτοντας έναν κρυφό μηχανισμό που θα μπορούσε να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα τεχνικά εμπόδια στην πυρηνική σύντηξη.

Ανακάλυψη πολλαπλών μηνυμάτων

Η μελέτη περιγράφει λεπτομερώς πώς οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια πρωτοποριακή τεχνική απεικόνισης «πολλαπλών μηνυμάτων» για να παρακολουθήσουν τη συμπίεση υλικού σε βήματα πικοδευτερολέπτων. Τα αποτελέσματα παρέχουν μια άνευ προηγουμένου ματιά στη μικροφυσική της Αδρανειακής Σύντηξης Περιορισμού (ICF), της διαδικασίας αναδημιουργίας της ηλιακής ενέργειας εδώ στη Γη.

«Ήταν ένα απαιτητικό πείραμα, αλλά με πολύ καρποφόρα αποτελέσματα», δήλωσε ο Hai-En Tsai, ερευνητής στο Τμήμα Τεχνολογίας Επιταχυντών & Εφαρμοσμένης Φυσικής (ATAP) του Εργαστηρίου Berkeley.

Το πιο σημαντικό εύρημα προήλθε από μια προοπτική διπλής όψης που αποκάλυψε κάτι που είχαν παραβλέψει προηγούμενα πειράματα μόνο με ακτίνες Χ: ένα λεπτό στρώμα υδρατμών που περιβάλλει τον στόχο. Αυτό το στρώμα ατμών λειτουργεί απροσδόκητα ως μαξιλάρι, διασφαλίζοντας ότι το κρουστικό κύμα συμπιέζει το νερό συμμετρικά.

Αυτή η ανακάλυψη είναι κρίσιμη επειδή η «ομοιόμορφη συμπίεση» είναι το «άγιο δισκοπότηρο» της σύντηξης. Ακόμη και μικρές αστάθειες μπορούν να εμποδίσουν ένα πλάσμα σύντηξης να «καεί» σωστά και να παράγει ενέργεια.

«Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν στην πραγματικότητα να βοηθήσουν στην επαλήθευση των μοντέλων προσομοίωσης που χρησιμοποιούνται για το ICF», πρόσθεσε ο Tsai.

«Παρακολουθήσαμε την αλληλεπίδραση σε βήματα πικοδευτερολέπτου [ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου], καρέ προς καρέ, με ακρίβεια απεικόνισης μικρομέτρου. Αυτά είναι πρωτοφανή επίπεδα ακρίβειας στην αδρανειακή ενέργεια σύντηξης».

Συνδυασμός δύο τύπων παλμών ακτινοβολίας

Για να καταγράψει αυτά τα εξαιρετικά γρήγορα γεγονότα, η ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν συνδύασε δύο τύπους παλμών ακτινοβολίας στο Κέντρο Επιταχυντή Λέιζερ του Εργαστηρίου Berkeley (BELLA).

Αυτό περιελάμβανε εξαιρετικά γρήγορες ακτίνες Χ για να καταγράψει τη φυσική πυκνότητα και δομή του κρουστικού κύματος, καθώς και δέσμες ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας για να ανιχνεύσει πώς εξελίχθηκαν τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία σε πραγματικό χρόνο.

«Θέλαμε να δείξουμε ότι οι ακτίνες Χ που παράγονται από εξαιρετικά έντονα λέιζερ έχουν μοναδικές ιδιότητες που μας επιτρέπουν να καταγράψουμε μια «ταινία» της εξαιρετικά γρήγορης κίνησης του πλάσματος», εξήγησε ο Άλεκ Τόμας, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.

«Υπάρχει μεγάλος ενθουσιασμός γύρω από τις πρόσφατες ανακαλύψεις στη σύντηξη με λέιζερ. Η επίτευξη περαιτέρω προόδου απαιτεί ακριβή διαγνωστικά για την καταγραφή της δυναμικής του θερμού πλάσματος, ιδιαίτερα της ασταθούς συμπεριφοράς που μπορεί να εμποδίσει την σωστή καύση των πλασμάτων σύντηξης».

Συνδυάζοντας αυτές τις απόψεις, οι ερευνητές δημιούργησαν μια απεικόνιση καρέ προς καρέ της δυναμικής του πλάσματος που προηγουμένως ήταν αόρατη σε τυπικούς αισθητήρες ή προσομοιώσεις.

Χρησιμοποιώντας ρέον πίδακα νερού

Το πείραμα χρησιμοποίησε έναν μοναδικό στόχο: ένα ρέον πίδακα νερού περίπου στο πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς στερεούς στόχους – οι οποίοι καταστρέφονται μετά από μία έκρηξη λέιζερ και πρέπει να αντικατασταθούν χειροκίνητα – ο πίδακας νερού αντικαθιστά αυτόματα τον εαυτό του.

Αυτό επέτρεψε στην ομάδα, επιταχύνοντας σημαντικά τον ρυθμό συλλογής δεδομένων. Οι μήνες μηχανικής που απαιτήθηκαν για να μην παγώσει το νερό στο κενό του πειράματος απέδωσαν, επιτρέποντας την παρακολούθηση της αλληλεπίδρασης με υψηλό ρυθμό επανάληψης.

Ενώ το πείραμα χρησιμοποίησε νερό ως ανάλογο, η φυσική που παρατηρήθηκε εφαρμόζεται άμεσα σε πραγματικές κάψουλες καυσίμου σύντηξης.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η συρρίκνωση αυτής της τεχνολογίας επιταχυντή λέιζερ-πλάσματος (LPA) θα μπορούσε τελικά να επιτρέψει την απευθείας εγκατάσταση αυτών των διαγνωστικών εργαλείων σε εγκαταστάσεις σύντηξης μεγάλης κλίμακας.

worldenergynews.gr