Den 5 december nådde forskare vid National Ignition Facility ett genombrott inom kärnfusion genom att producera en reaktion med en energivinst. Det kan vara ett steg mot en värld i en avlägsen framtid där fusion är en kraftkälla.
Inuti kärnfusionsgenombrottet som kan vara ett steg mot obegränsad ren energi i en avlägsen framtid
Förra månaden var den närmaste stjärnan till jorden i Kalifornien. I ett laboratorium tvingade världens största lasrar för första gången väteatomer att smälta samman i samma typ av energiproducerande reaktion som avfyrar solen. Det varade mindre än en miljarddels sekund. Men efter sex decennier av slit och misslyckande visade Lawrence Livermore National Laboratory att det kunde göras. Om fusion blir kommersiell kraft en dag skulle den vara oändlig och kolfri. Med andra ord skulle det förändra mänskligt öde. Som ni ser är det långt kvar. Men efter decembers genombrott blev vi inbjudna att besöka labbet och träffa teamet som tog ner stjärnkraften till jorden.
Okontrollerad fusion är lätt att bemästra så länge sedan är filmerna i svartvitt. Fusion är vad en vätebomb gör, frigör energi genom att tvinga väteatomer att smälta samman. Det som har varit omöjligt är att utnyttja Armageddons eldar till något användbart.
Det amerikanska energidepartementets Lawrence Livermore National Laboratory hjälper till att underhålla kärnvapen och experimenterar med högenergifysik. En timme öster om San Francisco träffade vi Livermores direktör, Kim Budil, i labbet som skrev historia, National Ignition Facility.
Kim Budil: National Ignition Facility är världens största, mest energiska laser. Den byggdes med början på 1990-talet för att skapa förhållanden i laboratoriet som tidigare bara varit tillgängliga i de mest extrema föremålen i universum, som gigantiska planeters centrum, eller solen, eller i drift av kärnvapen. Och målet var att verkligen kunna studera den typen av tillstånd med mycket hög energi och hög densitet i mycket detalj.
National Ignition Facility, eller NIF, byggdes för 3.5 miljarder dollar för att antända självförsörjande fusion. De försökte nästan 200 gånger under 13 år. Men som en bil med ett svagt batteri skulle den atomära 'motorn' aldrig gå över.
Scott Pelley: NIF drog några smeknamn.
Kim Budil: Det gjorde det. Under många år "Not Ignition Facility", "Never Ignition Facility." Mer nyligen "Nearly Ignition Facility." Så, denna senaste händelse har verkligen satt Ignition i NIF.
Tändning innebär att tända en fusionsreaktion som avger mer energi än lasrarna lägger in.
Kim Budil: Så om du kan få det tillräckligt varmt, tillräckligt tätt, tillräckligt snabbt och hålla ihop det tillräckligt länge, börjar fusionsreaktionerna att hålla i sig själv. Och det var verkligen vad som hände här den 5 december.
Förra månaden lade laserskottet som avfyrades från detta kontrollrum två energienheter i experimentet, atomer började smälta samman och ungefär tre enheter energi kom ut. Tammy Ma, som leder labbets forskningsinitiativ för laserfusion, fick samtalet medan hon väntade på ett flygplan.
Tammy Ma: Och jag brast ut i tårar. Det var bara glädjetårar. Och jag började faktiskt fysiskt skaka och – och hoppa upp och ner i, du vet, vid grinden innan alla går ombord. Alla var typ, "Vad gör den där galna kvinnan?"
Tammy Ma är galen i ingenjörskonst.
Hon visade oss varför problemet med fusion skulle få någon till tårar. För det första är det energin som krävs som levereras av lasrar i dessa rör som är längre än en fotbollsplan.
Scott Pelley: Och hur många är det totalt?
Tammy Ma: totalt 192 lasrar.
Scott Pelley: Var och en av dessa lasrar är en av de mest energiska i världen och du har 192 av dem.
Tammy Ma: Det är ganska coolt eller hur?
Tja, ganska varmt faktiskt, miljontals grader, det är därför de använder nycklar för att låsa upp lasrarna.
Strålarna slår med en effekt som är 1,000 XNUMX gånger större än hela det nationella elnätet. Dina lampor slocknar inte hemma när de tar ett skott eftersom kondensatorer lagrar elen. I rören förstärks laserstrålarna genom att rasa fram och tillbaka och blixten är en bråkdel av en sekund.
Tammy Ma: Vi måste komma till dessa otroliga förhållanden; varmare, tätare än solens centrum och så vi behöver all den laserenergin för att komma till dessa mycket höga energitätheter.
Allt det där svajandet förångar ett mål som nästan är för litet för att se.
Scott Pelley: Kan jag hålla den här saken?
Michael Stadermann: Absolut
Scott Pelley: Otroligt. Helt fantastiskt.
Michael Stadermanns team bygger de ihåliga målskalen som är laddade med väte vid 430 minusgrader.
Michael Stadermann: Den precision som vi behöver för att göra dessa skal är extrem. Skalen är nästan perfekt runda. De har en strävhet som är hundra gånger bättre än en spegel.
Om det inte var jämnare än en spegel, skulle ofullkomligheter göra implosionen av atomer ojämn och orsaka ett fusionsfizzle.
Scott Pelley: Så dessa måste vara så nära perfekta som mänskligt möjligt.
Michael Stadermann: Det stämmer. Det stämmer, och vi tror att de är bland de mest perfekta föremålen vi har på jorden.
Stadermanns labb strävar efter perfektion genom att förånga kol och forma skalet av diamant. De bygger 1,500 150 per år för att göra XNUMX nästan perfekta.
Michael Stadermann: Alla komponenter sammanförs under själva mikroskopet. Och sedan använder montören elektromekaniska steg för att placera delarna där de ska gå – flytta ihop dem, och sedan applicerar vi lim med ett hårstrå.
Scott Pelley: Ett hår?
Michael Stadermann: Ja. Vanligtvis något som en ögonfrans eller är liknande, eller en katt morrhår.
Scott Pelley: Applicerar du lim med en kattmorrhår?
Michael Stadermann: Det stämmer.
Scott Pelley: Varför måste den vara så liten?
Michael Stadermann: Lasern ger oss bara en begränsad mängd energi, och för att driva en större kapsel skulle vi behöva mer energi. Så det är en begränsning av anläggningen som du har sett som är väldigt stor. Och trots sin stora storlek handlar det här om vad vi kan köra med den.
Scott Pelley: Målet kan vara större, men då måste lasern vara större.
Michael Stadermann: Det stämmer.
Den 5 december använde de ett tjockare mål så att det skulle hålla sin form längre och de kom på hur de kunde öka kraften i laserskottet utan att skada lasrarna.
Tammy Ma: Så det här är ett exempel på ett mål före skottet...
Tammy Ma visade oss en intakt målenhet. Det diamantskalet du såg är inuti den silverfärgade cylindern.
Denna sammansättning går in i en blå vakuumkammare, tre våningar hög. Det är svårt att se här eftersom det kryllar av lasrar och instrument.
Det här instrumentet kallar de Dante för, de sa till oss, det mäter helvetets eldar. En fysiker sa: "Du borde se målet vi sprängde den 5 december."
Vilket fick oss att fråga: "Kunde vi?"
Scott Pelley: Har du sett det här förut?
Tammy Ma: Det är första gången jag ser den.
Läs mer på källan: Inuti kärnfusionsgenombrottet som kan vara ett steg mot obegränsad ren energi i en avlägsen framtid – CBS News