Naukowcy potwierdzili, że w zeszłym roku, po raz pierwszy w laboratorium, osiągnęli reakcję syntezy jądrowej, która samoreplikuje się (a nie rozpada), przybliżając nas do replikacji reakcji chemicznej, która zasila Słońce. Nie są jednak do końca pewni, jak odtworzyć ten eksperyment.

Fuzja jądrowa zachodzi, gdy dwa atomy łączą się, tworząc cięższy atom, uwalniając w tym procesie ogromny wybuch energii. Proces ten często występuje w naturze, ale jest bardzo trudny do odtworzenia w laboratorium, ponieważ do podtrzymania reakcji potrzebne jest środowisko o wysokiej energii. Słońce wytwarza energię poprzez fuzję jądrową – konkretnie przez fuzję atomów wodoru w hel.

Supernowe – wybuchające gwiazdy – również wykorzystują syntezę jądrową do swoich kosmicznych fajerwerków. W wyniku tych reakcji powstają cięższe cząsteczki, takie jak żelazo. Jednak w sztucznych warunkach na Ziemi ciepło i energia zwykle uciekają przez mechanizmy chłodzące, takie jak promieniowanie rentgenowskie i przewodnictwo cieplne.

Aby fuzja jądrowa stała się realnym źródłem energii dla ludzi, naukowcy muszą najpierw osiągnąć tak zwany „zapłon”, w którym mechanizmy samonagrzewania pokonują wszelkie straty energii. Po osiągnięciu zapłonu reakcja fuzji wprawia ją w ruch.

W 1955 roku fizyk John Lawson stworzył zestaw kryteriów znanych dziś jako „kryteria zapłonu Lawsona”, aby pomóc rozpoznać, kiedy nastąpił zapłon. Do zapłonu reakcji jądrowych dochodzi zwykle w ekstremalnie intensywnych środowiskach, takich jak supernowe czy broń jądrowa.

Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii spędzili ponad dekadę na doskonaleniu swojej techniki i teraz potwierdzili, że przełomowy eksperyment przeprowadzony 8 sierpnia 2021 r. W rzeczywistości doprowadził do pierwszego w historii udanego zapłonu reakcji syntezy jądrowej.

W niedawnej analizie eksperyment z 2021 r. został oceniony na podstawie dziewięciu różnych wersji testu Lawsona. Aby osiągnąć ten efekt, zespół umieścił kapsułę wypełnioną trytem i paliwem deuterowym w środku pokrytej złotem komory ze zubożonego uranu i wystrzelił do niej 192 wysokoenergetyczne lasery, aby stworzyć kąpiel intensywnych promieni rentgenowskich. Intensywne środowisko stworzone przez skierowane do wewnątrz fale uderzeniowe doprowadziło do samopodtrzymującej się reakcji fuzji.

W tych warunkach fuzja atomów wodoru nastąpiła z uwolnieniem 1,3 megadżuli energii w ciągu 100 bilionowych części sekundy, czyli 10 biliardów watów mocy. W ciągu ostatniego roku naukowcy próbowali powtórzyć ten wynik w czterech podobnych eksperymentach, ale udało im się uzyskać tylko połowę energii, którą uzyskano w rekordowym oryginalnym eksperymencie.

Zapalenie jest bardzo wrażliwe na drobne, subtelne zmiany, takie jak różnice w strukturze każdej kapsułki i intensywności laserów. Zespół chce teraz dokładnie określić, co jest wymagane do uzyskania zapłonu i jak sprawić, by eksperyment był bardziej odporny na drobne błędy. Bez tej wiedzy nie można rozbudować procesu, aby stworzyć reaktory termojądrowe zdolne do zasilania miast, co jest ostatecznym celem tego rodzaju badań.

Artykuł na ten temat został opublikowany w czasopiśmie Physical Review Letters.