Rekordně účinná jaderná fúze v laserem žhavených nanodrátcích  
Některé fúze potřebují ohromné a nesmírně drahé laserové systémy. A pro jiné si výkonný laser postaví studenti na univerzitě. Jaderná fúze v mikroměřítku by se mohla uplatnit v technologiích zobrazování a měření.

Komora s terčem pro fúzní experimenty. V pozadí laser. Kredit: Advanced Beam Laboratory/Colorado State University.
Komora s terčem pro fúzní experimenty. V pozadí laser. Kredit: Advanced Beam Laboratory/Colorado State University.

Jaderná fúze krásně běží na Slunci a dalších hvězdách. My bychom ji rádi rozchodili na Zemi, není to ale vůbec snadné. Už při experimentování s fúzí a vyvíjejí nových technologií a postupů musejí vědci vynakládat maximální důvtip. Jednu s možností, jak s fúzí pracovat, představují experimenty v mikroměřítku. Jsou levnější, méně náročné a přesto nabízejí pozoruhodné výsledky.


Jorge Rocca. Kredit: CSU.
Jorge Rocca. Kredit: CSU.

K fúznímu experimentování v mikroměřítku se uchýlili v laboratořích Státní univerzity v Coloradu (CSU). Šéf výzkum Jorge Rocca a jeho spolupracovníci v těchto experimentech použili menší, ale přesto velmi výkonný laser, kterým pálili do plošek s uspořádanými nanodrátky. Tímto způsobem dosáhli laboratorní jaderné fúze v mikroměřítku, kterou uskutečnili s rekordní účinností při produkci neutronů pocházejících z procesu fúze. Jejich výzkum v těchto dnech publikoval časopis Nature Communications.

 

Fúzní experimenty, v nichž se pálí výkonnými lasery, se obvykle provádějí na laserových systémech v hodnotě mnoha set milionů dolarů. Odehrávají se v budovách a velikosti stadionu a veřejnost jen zírá v tichém úžasu. Takové fúzní experimenty bývají součástí výzkumu fúze pro aplikace ve výrobě čisté energie.


Terč z nanodrátků, před a po zásahu laserem. Kredit: Advanced Beam Laboratory/Colorado State University.
Terč z nanodrátků, před a po zásahu laserem. Kredit: Advanced Beam Laboratory/Colorado State University.

Rocca a jeho tým studentů, vědců a techniků ale postupoval poněkud jinak. Jejich laserový systém se vešel na stoly a postavili si ho sami. I tak je to ale ultra rychlý a hodně výkonný laser. S tímhle laserem pak pálili do terče s nanodrátky a vytvářeli tím extrémně horké a husté plazma. Podmínky v těchto plazmatech se přitom blížily podmínkám, jaké panují uvnitř Slunce. V plazmatech se rozbíhala fúzní reakce, při které vznikalo hélium a energetické neutrony.

 

Použití nanodrátků bylo klíčové. Rocca a spol. dosáhli rekordního počtu produkovaných neutronů na jednotku energie laserového paprsku. Jde o hodnoty asi 500krát vyšší, než v podobném experimentu s plochým terčem, bez nanodrátků. Jako materiál pro tvorbu terče s nanodrátky použili deuterovaný polyetylén, čili vlastně polyetylén, v němž byly atomy vodíku nahrazeny jeho těžším izotopem, deuteriem. Významnou roli v experimentech sehrály i intenzivní počítačové simulace, které probíhaly v CSU a na německé Univerzitě v Düsseldorfu.

Logo Colorado State University.
Logo Colorado State University.


K čemu jsou dobré podobné experimenty? Efektivní produkce neutronů v mikroměřítku by mohla vést k pokroku v technologiích zobrazování, které jsou založené na neutronech. Platí to i pro sondy založené na neutronech, které se používají k detekci struktury a vlastností materiálů. Výsledky Roccova týmu by rovněž měly přispět k lepšímu porozumění interakcí mezi ultra intenzivními laserovými paprsky a hmotou.

Video: Lasers, plasmas, quantum electronics - Jorge Rocca


Literatura

Colorado State University 14. 3. 2018, Nature Communications 9: 1077.

Datum: 16.03.2018
Tisk článku

Související články:

Vývoj materiálů pro jadernou fúzi     Autor: Tomáš Kruml (30.08.2013)
Čína hlásí nový fúzní rekord: V tokamaku drželi plazma 102 sekund!     Autor: Stanislav Mihulka (09.02.2016)
Tokamak Alcator dosáhl světového rekordu ve fúzi poslední den provozu     Autor: Stanislav Mihulka (23.10.2016)
Evropský fúzní reaktor JET     Autor: Karel Červenka (17.01.2017)
Zkrocení splašených elektronů přibližuje fúzní energetiku     Autor: Stanislav Mihulka (26.06.2017)
Kvantové kulové blesky mohou prospět fúzní energetice     Autor: Stanislav Mihulka (04.03.2018)



Diskuze:

ČJ

Eda Prokop,2018-03-31 19:09:44

Dík za článek, ale prosím, šlo by to bez hrubek typu “Jednu s možností...”.

Odpovědět

Červinka Jaroslav. Rekordně účinná jaderná fúze v laserem žhavených nanodrátcích

Jaroslav Červinka,2018-03-22 11:22:53

Červinka Jaroslav. Rekordně účinná jaderná fúze v laserem žhavených nanodrátcích

Pod tímto názvem byl prezentován článek vědců z Colorado State University 14. 3. 2018, Nature Communications 9: 1077. Podle mne je to velmi významný článek zejména z toho pohledu, jak se začínají ve vědecké praxi projevovat důsledky vyplývající z principů strukturálních modelů elementárních částic a Nové relativně (ne)částicové ((ne)hmotné fyziky (Nová fyzika).
Pochopení principů Nové fyziky, a její fungování v mikrokosmu, je základním předpokladem k vyvolání, řízení a regulaci jaderné fúze a štěpení v mikroměřítku, tak aby se mohl uplatnit v měření, zobrazování, a hlavně technologiích. Zejména je to významné pro nové revoluční technologie, a jejich cen z pohledu ekonomického.
Dosavadní fúze převážně potřebují ohromné a nesmírně drahé laserové systémy. Proto je nesmírně cenné, že si výkonný laser postaví studenti na univerzitě. Jaderná fúze v mikroměřítku, to je základ pro to, aby se mohla jaderná fúze efektivně uplatnit v prakticky využitelných technologiích pro výrobu čisté elektrické energie.
Jaderná fúze, která probíhá na Slunci a dalších hvězdách, a jak ji využit na Zemi? K tomu, abychom jadernou fúzi rozběhli na Zemi, je potřeba pochopit fyzikální chování elementárních částic v procesu transformace a relativizace hmotnosti a záření na úrovni elementárních bosonů ZoCeLo. Ale to není vůbec snadné. Při experimentování s fúzí, a vyvíjejí nových technologií a postupů musejí vědci vynakládat maximální důvtip. Jednou s možností, jak s fúzí pracovat, představují experimenty v mikroměřítku. Jsou levnější, méně náročné, a přesto nabízejí pozoruhodné výsledky. Ale hlavně lze při nich využít principy Nové fyziky, bez níž nelze dosáhnout pokroku při teoretické podpoře experimentálních výsledků.
Nesmírně důležitý je přístup, jak se k fúznímu experimentování v mikroměřítku postavili v laboratořích Státní univerzity v Coloradu (CSU). Šéf výzkumu Jorge Rocca a jeho spolupracovníci v těchto experimentech použili menší, ale přesto velmi výkonný laser, kterým pálili do plošek s uspořádanými nanodrátky. Tímto způsobem dosáhli laboratorní jaderné fúze v mikroměřítku, kterou uskutečnili s rekordní účinností při produkci neutronů pocházejících z procesu fúze. Jejich výzkum v těchto dnech publikoval časopis Nature Communications.
Prakticky to znamená potvrzení správnosti předpokladů teoretických prací týmu brněnských vědců. Jde zejména o teoretické rozpracování strukturálních modelů molekul, atomů a jejich sub struktur, postavených na elektromagnetické podstatě všech sil působících uvnitř i vně elementárních částic. A zejména jde o moje principy Nové relativně (ne)částicové ((ne)hmotné) fyziky. Bez pochopení těchto principů nelze porozumět fyzikálním procesům jaderného štěpení a fúze. V tomto případě fúze.
Fúzní experimenty, s ohromně výkonnými lasery, se obvykle provádějí na laserových systémech v hodnotě mnoha set milionů dolarů. Odehrávají se v budovách velikosti stadionu, a veřejnost jen zírá v tichém úžasu. Takové fúzní experimenty bývají součástí finančně nesmírně nákladného výzkumu fúze pro aplikace ve výrobě, tak zvaně čisté energie. Zdánlivě nenápadný úspěch Jorge Rocca a jeho spolupracovníků je začátkem podstatné redukce rozsahu stávajících experimentálních zařízení, případně začátek nových detekčních metod, nezbytných k výzkumu štěpení a fúze.
To, že Rocca a jeho tým studentů, vědců a techniků postupoval jinak, a zcela neobvykle s představou možné minimalizace, že jejich laserový systém se vešel na stoly, a postavili si ho sami, je podle mne přelom v konstrukci výzkumných zařízení pro studium štěpení a fúze.
S laserem, kterým pálili do terče s nanodrátky vytvářeli extrémně horké a husté plazma. Podmínky v těchto plazmatech se přitom blížily podmínkám, jaké panují uvnitř Slunce. V plazmatech se rozbíhala fúzní reakce, při které vznikalo hélium a energetické neutrony.
Jorge Rocca dokázal, jak razantně lze zmenšit experimentální zařízení, a při tom pracovat metodou zvyšování potřebné teploty mikroplazmatu. Nyní nastupuje řešení závažnějšího problému, jak pracovat, a využit teoretických znalostí strukturálních modelů atomů a jejich sub struktur prof. Ošmery, a fyzikální principy mé Nové (ne)částicové ((ne)hmotné fyziky?
Použití nanodrátků ukazuje na to, jak je důležité řešit problematiku štěpení a fúze v rozměrech sub nanometrie. Rocca a spol. dosáhli rekordního počtu produkovaných neutronů na jednotku energie laserového paprsku. Jde o hodnoty asi 500krát vyšší než v podobném experimentu s plochým terčem, bez nanodrátků. Jako materiál pro tvorbu terče s nanodrátky použili deuterovaný polyetylén čili vlastně polyetylén, v němž byly atomy vodíku nahrazeny jeho těžším izotopem, deuteriem. Významnou roli v experimentech sehrály i intenzivní počítačové simulace, které probíhaly v CSU a na německé Univerzitě v Düsseldorfu.
Zejména schopnost vytváření počítačových simulací a jejich reálné výsledky jsou přelomové, protože vytvářejí prostor pro aplikování Ošmerových strukturálních modelů, a mé Nové relativně (ne)částicové ((ne)hmotné fyziky.
K čemu jsou dobré podobné experimenty? Efektivní produkce elementárních částic fúzí a štěpením v mikroměřítku vede k pokroku v technologiích zobrazování, které jsou založené na strukturálních modelech sub atomových, zejména elementárních struktur.
Výsledky Roccova týmu přispívají k lepšímu porozumění interakcí mezi ultra intenzivními laserovými paprsky a hmotou. Je to první podstatný krok k intenzivnímu využití fúze jako zdroje tzv. čisté energie, k praktickému využití teorie strukturálních elektromagnetických modelů elementárních částic a Nové relativně (ne)částicové ((ne)hmotné) fyziky.

Odpovědět

Ucinnost

Peter Novák,2018-03-18 13:28:30

A aka bola ucinnost?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace