منشأة الإشعال الوطنية
| النوع | |
|---|---|
| البلد |
| الإحداثيات |
|---|
إن منشأة الإشعال الوطنية ، أو NIF، هي جهاز أبحاث ضخم، مبني على الليزر- القصور الذاتى الإندماج بالحبس (ICF) تقع المنشأة التجريبية في مختبر لورانس ليفرمور الوطنى في ليفرمور - كاليفورنيا، بالولايات المتحدة. منشأة NIF تستخدم ليزرا قويا لتسخين وضغط كمية صغيرة من وقود الهيدروجين إلى الدرجة الحرارية الت تبدأ فيها تفاعلات الاندماج النووي في الحدوث. جهاز الإشعال بالليزر (ICF) هو الأضخم والأكثر إنتاجا للطاقة، تم بناؤه وحقق مستوى قياسي 1.875 مليون جول نبضة من ضوء الليزر فوق البنفسجية إلى هدف الدائرة في 15 مارس 2012.[1] هذه لقطة سجل هو معلم هام في مهمة آى إن إف للوصول إلى الهدف الذي طال انتظاره من اشتعال إندماجى، والنقطة التي يصبح يصبح فيها الاندماج النووي ذو اكتفاء ذاتي (بمعنى أن ينتج طاقة تعادل طاقة التشغيل ، بل وتزيد عليها ) . لكن، منذ ذلك الحدث فقد أنتجت نبضات ليزرية أخرى أكثر قوة، بما في ذلك من تسديدة 500 تيراواط في 5 يوليو 2012.[2]
إن مهمة آى إن إف هو تحقيق الاندماج مع ارتفاع مكاسب الطاقة، ودعم الأسلحة النووية صيانة والتصميم من خلال دراسة معادلة سلوك المادة وفقا للشروط داخل الأسلحة النووية.[3]
بدأ البناء في عام 1997، لكن المشاكل الإدارية والتأخر التقني جعل التقدم بطيئا حتى وقت مبكر من 2000، حيث تولى فريق إدارة جديد، التقدم بعد عام 2000 كان أكثر وضوحا، ولكن بالمقارنة مع التقديرات الأولية، آى إن إف استكمل بعد خمس سنوات عن الموعد المحدد، وكان ما يقرب من أربع مرات أكثر تكلفة من الميزانية المقررة أصلا. وقد تم اعتماد الإنشاءات الكلية في 31 مارس 2009 من قبل الولايات المتحدة وزارة الطاقة، [4] وجرى احتفال تكريسى في يوم 29 مايو 2009.[5] وجرت تجربة أول هدف ليزرى على نطاق واسع في يونيو 2009[6] وأعلن الانتهاء من أول تجارب الاشتعال المتكاملة في أكتوبر 2010.[7]
بدأ البناء في NIF في عام 1997. وقد تم الانتهاء من بناء NIF متأخراً عن الموعد المحدد بخمس سنوات وبتكلفة أربعة أضعاف ميزانيتها الأصلية. تم اعتماد البناء في 31 مارس 2009 ، من قبل الولايات المتحدة Department of Energy. [8] تم إجراء التجارب الأولى على نطاق واسع في يونيو 2009 [9] وأول "تجارب الإشعال المتكاملة" (التي اختبرت قوة الليزر) تم الإعلان عنها كمتطلبات ted في أكتوبر 2010. [10]
من عام 2009 إلى عام 2012 ، أجريت تجارب في إطار حملة الإشعال الوطنية ، بهدف الوصول إلى الإشعال فور وصول الليزر إلى طاقته الكاملة ، في وقت ما في النصف الثاني من عام 2012. وانتهت الحملة رسميًا في سبتمبر 2012 ، في حوالي 1⁄10 الشروط اللازمة للاشتعال. [11] [12] بعد ذلك تم استخدام المنشأة NIF بشكل أساسي لعلوم المواد وأبحاث الأسلحة. في عام 2021 ، وبعد التحسينات في تصميم هدف الوقود ، أنتجت "ني إي إف " 70% من طاقة الليزر ، متجاوزة الرقم القياسي المسجل في عام 1997 بواسطة مفاعل JET الأوروبي عند 67٪ وحقق إشعال البلازما. في 5 كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، بعد مزيد من التحسينات التقنية ، وصلت NIF إلى "الاشتعال" ، أو التعادل العلمي ، لأول مرة ، محققة عائد طاقة بنسبة 154٪. [13]
الوصف
[عدل]خلفية
[عدل]بالقصور الذاتي الحبس الإندماجى (ICF) أجهزة تستخدم «برامج التشغيل» لتسخين بسرعة الطبقات الخارجية من «الهدف» من أجل تشكيل ضغط عليه. الهدف هو بلية كروية صغيرة تحتوي على كسر من ملليغرام من الوقود الاندماجي، عادة مزيج من الديوتيريوم والتريتيوم. الطاقة من الليزر تؤدى إلى ارتفاع درجات الحرارة على سطح كرية في البلازما، والتي تفجر السطح من وقود الهيدروجين. الجزء المتبقى من الهدف يندفع إلى الداخل، ضغط في نهاية المطاف إلى نقطة صغيرة من كثافة عالية للغاية. وblowoff السريع يخلق أيضا موجة الصدمة التي تسافر نحو مركز وقود مضغوط من جميع الجوانب. عندما يصل إلى مركز الوقود، فإن حجما صغيرا يسخن ويحدث له انضغاط إلى حد كبير. وعندما ترتفع درجة الحرارة والكثافة لتلك البقعة الصغيرة بدرجة عالية بما فيه الكفاية، فإنه سوف تحدث تفاعلات الاندماج وإطلاق الطاقة.[14]
ردود الفعل للاندماج والإفراج عن جزئيات ذات طاقة عالية، والبعض منها، في المقام الأول جسيم ألفا تتصادم مع وقود عالي الكثافة والحرارة المحيطة بها أكثر من ذلك. إذا كانت هذه العملية تحمل ما يكفي من الطاقة في منطقة معينة يمكن أن يسبب ذلك الوقود للخضوع للاندماج كذلك. ونظرا للظروف حق الشامل للكثافة عالية في استهلاك الوقود ما يكفي من الضغط ودرجة الحرارة، فإن عملية التسخين تلك تؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل، وحرق نحو الخارج من مركز حيث بدأت موجة صدمة رد الفعل. هذا هو الشرط المعروف باسم «اشتعال»، الأمر الذي سيؤدي إلى نسبة كبيرة من الوقود في الهدف يمر بالاندماج وإطلاق كميات كبيرة من الطاقة.[15]
تفاعلات الانصهار تفرج عن الجسيمات ذات الطاقة العالية، والبعض منها، في المقام الأول جسيمات ألفا، التي تصطدم بالوقود عالي الكثافة المحيط بها وتسخنه بشدة. إذا أسفرت هذه العملية عن تحرير طاقة كافية في منطقة معينة يمكن أن يسبب ذلك الوقود للخضوع للانصهار كذلك. وبالنظر إلى الظروف العامة فإن ضغط الوقود عالي الكثافة بما فيه الكفاية ودرجة الحرارة فإن عملية التسخين تلك ستؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل، وحرق الكمية الخارجة من المركز حيث تبدأ موجة صدمة رد الفعل. هذه هي الحالة المعروفة باسم «الاشتعال» التي ستؤدي إلى أنصهار جزء كبير من الوقود في الهدف ويتم الإفراج عن كميات كبيرة من الطاقة.[16]
حتى الآن معظم التجارب ICF تستخدم أشعة الليزر لتسخين الهدف. تظهر الحسابات أن الطاقة يجب أن يتم تسليمها بسرعة في النظام لضغط اللب أو core . أيضا يجب أن تركز طاقة الليزر بالتساوي قبل تفككها عبر سطح الهدف الخارجي من أجل طي الوقود إلى نواة متماثلة. على الرغم من أن "Drivers" الآخرين قد اقترحوا، والأيونات الثقيلة وخاصة المدفوعة في مسرع الجسيمات، فإن أشعة الليزر هي حاليا الأجهزة فقط التي لها الحق في الجمع بين كل ميزات.
مشغل الليزر
[عدل]إن آى إف يهدف إلى إنشاء وحيد 500 تيراوات (TW) أعلى ومضة من الضوء تصل إلى الهدف من اتجاهات عديدة في نفس الوقت، في غضون بضعة بيكوثانية. تصميم يستخدم 192 beamlines في نظام مواز من flashlamp ضخ، النيوديميوم دوب ليزر زجاج فوسفات.[17]
لضمان أن الناتج من خطوط الشعاع يكون منتظا، يتم تضخيم ضوء الليزر الأولي من مصدر واحد في نظام حقن ليزرى (ILS). هذا يبدأ مع فلاش الطاقة المنخفضة من 1053 نانومتر (نانومتر) ضوء الأشعة تحت الحمراء ولدت في ايتربيوم مشوب ليزر الألياف البصرية المعروفة باسم خطوط شعاع المتذبذب الرئيسي .[18]
الضوء من المتذبذب الرئيسي يتفرق وينقسم إلى 48 وحدات تضخيم أولية (PAMS). كل وحدة تضخيم تحتوي على عملية تضخيم ذات مرحلتين. المرحلة الأولى هي المضخم التجديدي يتم خلاله نبض يدور بين 30 و60 مرة، وزيادة في الطاقة من nanojoules إلى عشرات من millimoles. ثم يمر الضوء أربع مرات من خلال الدائرة التي تحتوي على مضخم النيوديميوم الزجاجى مماثلة ل (ولكن أصغر بكثير من) تلك التي استخدمت في خطوط الإشعاع الرئيسية، وتقوم بتعزيز nanojoules الضوء المتولدة في المذبذب الرئيسي إلى حوالي 6 جول. وفقا لLLNL، كان تصميم PAMS واحدة من التحديات الرئيسية أثناء عملية البناء. وقد سمح إدخال تحسينات على التصميم منذ ذلك الحين لتجاوز أهدافه التصميم الأولي.[19] التضخيم الرئيسي يقام في سلسلة من المضخمات الزجاجية تقع في واحدة من نهاية خطوط الإشعاع. قبل «اطلاق النار» المضخمات هي أول ضخ بصري بما يصل مجموعه 7,680 مصباح فلاش زينون (في PAMS يكون بها مصابيح الفلاش الأصغر كذلك). تعمل بطاقة المصابيح من قبل بنك المكثف الذي يخزن ما مجموعه 422 الميغاجول (MJ) من الطاقة الكهربائية. عندما يمر من خلالهم واجهة الموجة لهم، المضخمات تطلق بعضا من الطاقة الضوئية المخزنة فيها وتحوله إلى شعاع. ولتحسين نقل الطاقة يتم إرسال الحزم إلى القسم الرئيسي للمضخم أربع مرات، وذلك باستخدام التبديلات البصرية التي تقع في تجويف مرآة. حيث مجموع هذه المكبرات تزيد 6 J الأصلية مثل التي قدمتها PAMS إلى 4 أضعاف الاسمية MJ.[14] ونظرا لحجم الوقت الذي يتراوح من بضعة أجزاء من البليون من الثانية، وقوة الأشعة فوق البنفسجية تبلغ ذروتها حين تسليمها إلى الهدف هو المقابل عالية جدا، 500 تيراوات.
مشاريع مماثلة
[عدل]Other fusion reactor designs could also be potential sources of energy in the future. بعض المشاريع التجريبية المماثلة هي:
- DEMOnstration Power Plant (DEMO).[20]
- High Power laser Energy Research facility (HiPER).[21]
- International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF).[22]
- المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي
- الحلقة الأوروبية المشتركة (جيت) (JET).[23]
- Laboratory for Laser Energetics (LLE).
- Laser Mégajoule (LMJ).[24]
- مفاعل ويندلاشتاين 7 إكس.[25]
صور
[عدل]-
Viewing port allows a look into the interior of the 30 foot diameter target chamber. -
Exterior view of the upper 1/3 of the target chamber. The large square beam ports are prominent. -
A technician loads an instrument canister into the vacuum-sealed diagnostic instrument manipulator. -
The flashlamps used to pump the main amplifiers are the largest ever in commercial production. -
The glass slabs used in the amplifiers are likewise much larger than those used in previous lasers.
پانوراما taken outside the fusion chamber.
طالع أيضاً
[عدل]الهامش
[عدل]- ^ National Ignition Facility fires record laser shot : Nature News & Comment نسخة محفوظة 15 يناير 2017 على موقع واي باك مشين.
- ^ منشأة الإشعال الوطنية تصنع التاريخ مع طلقة سجل 500 تيراواط في 12 يوليو https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2012/Jul/NR-12-07-01.html نسخة محفوظة 2014-07-24 على موقع واي باك مشين.
- ^ "About NIF & Photon Science", Lawrence Livermore National Laboratory نسخة محفوظة 02 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
- ^ "Department of Energy Announces Completion of World's Largest Laser". وزارة الطاقة الأمريكية. 31 مارس 2009. مؤرشف من الأصل في 2010-12-16. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-01.
- ^ "Dedication of world's largest laser marks the dawn of a new era". مختبر لورانس ليفرمور الوطني. 29 مايو 2009. مؤرشف من الأصل في 2010-05-27. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-13.
- ^ "First NIF Shots Fired to Hohlraum Targets". National Ignition Facility. 2009-06. مؤرشف من الأصل في 6 نوفمبر 2013. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-13.
{{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) - ^ "First successful integrated experiment at National Ignition Facility announced". General Physics. PhysOrg.com. 8 أكتوبر 2010. مؤرشف من الأصل في 2011-12-23. اطلع عليه بتاريخ 2010-10-09.
- ^ "وزارة الطاقة تعلن عن اكتمال أكبر ليزر في العالم". وزارة الطاقة الأمريكية. 31 مارس 2009. مؤرشف من الأصل في 2009-04-01. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-01.
{{استشهاد ويب}}: الوسيط|حالة المسار=و|url-status=تكرر أكثر من مرة (مساعدة) وتحقق من قيمة|مسار=(مساعدة) - ^ "إطلاق أول طلقات NIF على أهداف Hohlraum". National Ignition Facility. يونيو 2009. مؤرشف من الأصل في 2013-11-06. اطلع عليه بتاريخ 2023-07-22.
{{استشهاد ويب}}: الوسيط|حالة المسار=و|url-status=تكرر أكثر من مرة (مساعدة)، الوسيط غير المعروف|الوصول -تاريخ=تم تجاهله (مساعدة)، وتحقق من قيمة|مسار=(مساعدة) - ^ "تم الإعلان عن أول تجربة متكاملة ناجحة في National Ignition منشأة". الفيزياء العامة. PhysOrg.com. 8 أكتوبر 2010. مؤرشف من الأصل في 2022-12-13. اطلع عليه بتاريخ 2010-10-09.
- ^ Crandall، David (27 كانون الأول (ديسمبر) 2010). [http: //fire.pppl.gov/NIF_NIC_rev6_Koonin_2012.pdf المراجعة النهائية لحملة الإشعال الوطنية] (PDF) (Technical report). Department of Energy. ص. 3.
{{cite tech report}}: تحقق من التاريخ في:|تاريخ=(مساعدة) وتحقق من قيمة|مسار=(مساعدة) - ^ [https: // books .google.com / books؟ id = lBKfAwAAQBAJ تقييم آفاق الطاقة الاندماجية بالقصور الذاتي]. National Academies Press. يوليو 2013. ص. 2. ISBN:9780309272247.
{{استشهاد بكتاب}}: تحقق من قيمة|مسار=(مساعدة) وعمود مفقود في:|مسار=(مساعدة) - ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح
<ref>والإغلاق</ref>للمرجعigntion2022-llnl - ^ ا ب "How NIF works", Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved on October 2, 2007. نسخة محفوظة 17 فبراير 2013 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
- ^ Per F. Peterson, "Inertial Fusion Energy: A Tutorial on the Technology and Economics", University of California, Berkeley, 1998. Retrieved on May 7, 2008. نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.
- ^ Per F. Peterson, "Inertial Fusion Energy: A Tutorial on the Technology and Economics"[وصلة مكسورة], University of California, Berkeley, 1998. Retrieved on May 7, 2008. نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.
- ^ "First successful integrated experiment at National Ignition Facility announced". General Physics. PhysOrg.com. October 8, 2010. Retrieved 2010-10-09. نسخة محفوظة 31 أكتوبر 2014 على موقع واي باك مشين.
- ^ P.J. Wisoff et al., NIF Injection Laser System, Proceedings of SPIE Vol. 5341, pages 146–155 نسخة محفوظة 03 يونيو 2016 على موقع واي باك مشين.
- ^ Keeping Laser Development on Target for the NIF, Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved on October 2, 2007 نسخة محفوظة 10 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين.
- ^ "Beyond ITER". iter.org. مؤرشف من الأصل في 2010-05-29.
- ^ "HiPER". HiPER Project. 2009. مؤرشف من الأصل في 2019-05-31. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-29.
- ^ "IFMIF". ENEA. مؤرشف من الأصل في 2019-02-14. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-29.
- ^ "EFDA-JET". EFDA. 2009. مؤرشف من الأصل في 2019-04-21. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-29.
- ^ "HiPER". LMF Project. 2009. مؤرشف من الأصل في 2018-10-02. اطلع عليه بتاريخ 2010-06-02.
- ^ "Wendelstein 7-X". معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما. 3 أبريل 2009. مؤرشف من الأصل في 2014-01-06. اطلع عليه بتاريخ 2009-05-29.
وصلات خارجية
[عدل]- How NIF Works
- National Ignition Facility homepage
- NIF Director, Dr Ed Moses, on the progress of the facility, Ingenia magazine, December 2007
- NIF project director Moses says facility is ready to go, SPIE Newsroom, March 23, 2009
- Inside Livermore Lab's Race to Invent Clean Energy Newsweek, November 14, 2009
قالب:Fusion experiments قالب:Livermore, California
