המדענים במעבדה הלאומית של לורנס ליברמור (LLNL) השיגו היתוך הצתה ו אנרגיה איזון. ב-5th בדצמבר 2022, צוות המחקר ערך ניסוי היתוך מבוקר באמצעות לייזרים כאשר 192 קרני לייזר העבירו יותר מ-2 מיליון ג'אול של אנרגיית UV לכדורית דלק זעירה בתא היעד הקריוגני והשיגו איזון אנרגיה, כלומר ניסוי ההיתוך הפיק יותר אנרגיה מאשר מסופק על ידי הלייזר כדי להניע אותו. פריצת דרך זו הושגה לראשונה בהיסטוריה לאחר עשרות שנים של עבודה קשה. זהו אבן דרך במדע ויש לו השלכות משמעותיות על הסיכוי של אנרגיית היתוך נקייה בעתיד לקראת כלכלה אפסית פחמן, למאבק בשינויי האקלים ולשמירה על הרתעה גרעינית מבלי להזדקק לניסויים גרעיניים לקראת הגנה לאומית. מוקדם יותר, ב-8thבאוגוסט 2021, צוות המחקר הגיע לסף הצתת היתוך. הניסוי הפיק יותר אנרגיה מכל ניסוי היתוך קודם אחר, אך איזון אנרגיה לא הושג. הניסוי האחרון שנערך ב-5th דצמבר 2022 השיג את ההישג של איזון אנרגיה ובכך סיפק הוכחה לקונספציה שניתן לנצל היתוך גרעיני מבוקר כדי לענות על צורכי האנרגיה, אם כי יישום מעשי של אנרגיית היתוך מסחרי עשוי עדיין להיות רחוק מאוד.
גרעיני תגובות מניבות כמויות גדולות של אנרגיה שוות ערך לכמות המסה שאבדה, לפי משוואת סימטריית מסה-אנרגיה E=MC2 של איינשטיין. תגובות ביקוע הכרוכות בפירוק גרעינים של דלק גרעיני (יסודות רדיואקטיביים כגון אורניום-235) משמשות כיום בכורים הגרעיניים לייצור חשמל. עם זאת, כורים המבוססים על ביקוע גרעיני נושאים בסיכונים אנושיים וסביבתיים גבוהים, כפי שניתן לראות במקרה של צ'רנוביל, והם ידועים לשמצה בכך שהם מייצרים פסולת רדיואקטיבית מסוכנת עם זמן מחצית חיים ארוך מאוד שקשה מאוד להשליך.
בטבע, כוכבים כמו השמש שלנו, היתוך גרעיני הכרוך במיזוג של גרעינים קטנים יותר של מימן הוא המנגנון של ייצור אנרגיה. היתוך גרעיני, בניגוד לביקוע גרעיני, דורש טמפרטורה ולחץ גבוהים במיוחד כדי לאפשר לגרעין להתמזג. דרישה זו של טמפרטורה ולחץ גבוהים במיוחד מתקיימת בליבת השמש שבה היתוך של גרעיני מימן הוא מנגנון המפתח של ייצור אנרגיה אך יצירת מחדש של תנאים קיצוניים אלו על פני כדור הארץ לא הייתה אפשרית עד כה במצב מעבדתי מבוקר וכתוצאה מכך, כורי היתוך גרעיני אינם מציאות עדיין. (היתוך תרמו-גרעיני בלתי מבוקר בטמפרטורה ולחץ קיצוניים שנוצרו על ידי הפעלת מכשיר הביקוע הוא העיקרון מאחורי נשק המימן).
ארתור אדינגטון הוא שהציע לראשונה, כבר ב-1926, שכוכבים שואבים את האנרגיה שלהם מהיתוך מימן להליום. ההדגמה הישירה הראשונה של היתוך גרעיני הייתה במעבדה בשנת 1934 כאשר ראתרפורד הראה את היתוך דאוטריום להליום וצפה ב"אפקט עצום שנוצר" במהלך התהליך. לאור הפוטנציאל העצום שלו לספק אנרגיה נקייה בלתי מוגבלת, היו מאמצים משותפים של מדענים ומהנדסים ברחבי העולם לשכפל היתוך גרעיני על פני כדור הארץ, אך זו הייתה משימה בעלייה.
בטמפרטורות קיצוניות, אלקטרונים נפרדים מהגרעינים והאטומים הופכים לגז מיונן המורכב מגרעינים חיוביים ואלקטרונים שליליים, מה שאנו מכנים פלזמה, שצפופה פי מיליון פחות מהאוויר. זה עושה היתוך סביבה קלושה מאוד. כדי שהיתוך גרעיני יתרחש בסביבה כזו (שיכולה להניב כמות ניכרת של אנרגיה), יש לעמוד בשלושה תנאים; צריכה להיות טמפרטורה גבוהה מאוד (שיכולה לעורר התנגשויות באנרגיה גבוהה), צריכה להיות צפיפות פלזמה מספקת (כדי להגדיל את ההסתברות להתנגשויות) והפלזמה (שיש לה נטייה להתרחב) צריכה להיות מוגבלת למשך זמן מספיק כדי לאפשר היתוך. זה הופך את פיתוח התשתית והטכנולוגיה להכיל ולבקר פלזמה חמה למוקד המפתח. ניתן להשתמש בשדות מגנטיים חזקים כדי להתמודד עם פלזמה כמו במקרה של Tokamak של ITER. כליאה אינרציאלית של פלזמה היא גישה נוספת שבה קפסולות מלאות באיזוטופי מימן כבדים מפוצצות באמצעות קרני לייזר בעלות אנרגיה גבוהה.
Fusion studies conducted at לורנס Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
קהילת מחקר ההיתוך מנסה כבר כמה עשורים להשיג 'הצתת היתוך'; תגובת היתוך המקיימת את עצמה. ב-8th באוגוסט 2021, צוות מעבדת לורנס הגיע לסף 'הצתת היתוך' שהשיגו ב-5.th דצמבר 2022. ביום זה, הצתת היתוך מבוקרת על פני כדור הארץ הפכה למציאות - אבן דרך במדע שהושגה!
***
