Forskerne ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har oppnådd fusjon tenning og energi break-even. På 5th Desember 2022 gjennomførte forskerteamet kontrollert fusjonseksperiment ved bruk av lasere da 192 laserstråler leverte mer enn 2 millioner joule UV-energi til en liten drivstoffpellet i det kryogene målkammeret og oppnådde energi break-even, noe som betyr at fusjonseksperimentet produserte mer energi enn levert av laseren for å drive den. Dette gjennombruddet ble oppnådd for første gang i historien etter flere tiår med hardt arbeid. Dette er en milepæl innen vitenskapen og har betydelige implikasjoner for utsiktene til ren fusjonsenergi i fremtiden mot en netto-null karbonøkonomi, for å bekjempe klimaendringer og for å opprettholde kjernefysisk avskrekking uten å ty til kjernefysisk testing mot nasjonalt forsvar. Tidligere, 8thaugust 2021 hadde forskerteamet nådd terskelen for fusjonsantenning. Eksperimentet hadde produsert mer energi enn noe annet tidligere fusjonseksperiment, men energi break-even ble ikke oppnådd. Det siste eksperimentet utført 5th Desember 2022 har oppnådd bragden med energi break-even og gir dermed bevis på at kontrollert kjernefysisk fusjon kan utnyttes for å dekke energibehov, men praktisk kommersiell bruk av fusjonsenergi kan fortsatt være svært fjern.
Nuclear reaksjoner gir store mengder energi tilsvarende mengden tapt masse, i henhold til masse-energisymmetriligningen E=MC2 av Einstein. Fisjonsreaksjoner som involverer nedbryting av kjerner av kjernebrensel (radioaktive elementer som uran-235) brukes i dag i atomreaktorene for produksjon av kraft. Imidlertid har kjernefysiske fisjonsbaserte reaktorer høy risiko for mennesker og miljø, noe som er tydelig i tilfellet med Tsjernobyl, og er beryktet for å generere farlig radioaktivt avfall med svært lange halveringstider som er ekstremt vanskelig å deponere.
I naturen, stjerner som solen vår, kjernefysisk fusjon involverer sammenslåing av mindre kjerner av hydrogen er mekanismen for energigenerering. Kjernefysisk fusjon, i motsetning til kjernefysisk fisjon, krever ekstremt høy temperatur og trykk for å gjøre det mulig for kjerner å fusjonere. Dette kravet om ekstremt høy temperatur og trykk oppfylles i kjernen av solen, hvor fusjon av hydrogenkjerner er nøkkelmekanismen for energigenerering, men å gjenskape disse ekstreme forholdene på jorden har hittil ikke vært mulig i en kontrollert laboratorietilstand og som et resultat, atomfusjonsreaktorer er ikke en realitet ennå. (Ukontrollert termonukleær fusjon ved ekstrem temperatur og trykk skapt ved utløsning av fisjonsanordning er prinsippet bak hydrogenvåpenet).
Det var Arthur Eddington som først foreslo, helt tilbake i 1926, at stjerner henter energien sin fra fusjonen av hydrogen til helium. Den første direkte demonstrasjonen av kjernefysisk fusjon var i laboratoriet i 1934 da Rutherford viste fusjonen av deuterium til helium og observerte "en enorm effekt ble produsert" under prosessen. I lys av det enorme potensialet til å gi ubegrenset ren energi, har det vært en felles innsats fra forskere og ingeniører over hele verden for å gjenskape kjernefysisk fusjon på jorden, men det har vært en oppoverbakke oppgave.
Ved ekstreme temperaturer skilles elektroner fra kjernene og atomer blir til ionisert gass som består av positive kjerner og negative elektroner, det vi kaller plasma, som er en million ganger mindre tett enn luften. Dette gjør fusjon miljøet er svært vanskelig. For at kjernefysisk fusjon skal finne sted i et slikt miljø (som kan gi betydelige mengder energi), bør tre betingelser være oppfylt; det bør være svært høy temperatur (som kan provosere høyenergikollisjoner), det bør være tilstrekkelig plasmatetthet (for å øke sannsynligheten for kollisjoner) og plasmaet (som har en tilbøyelighet til å ekspandere) bør holdes inne i tilstrekkelig tid til å muliggjøre fusjon. Dette gjør utvikling av infrastruktur og teknologi for å inneholde og kontrollere varm plasma til hovedfokus. Sterke magnetiske felt kan brukes til å håndtere plasma som i tilfellet med Tokamak fra ITER. Treghetsbegrensning av plasma er en annen tilnærming der kapsler fylt med tunge hydrogenisotoper imploderes ved hjelp av høyenergilaserstråler.
Fusjonsstudier utført ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i NIF benyttet laserdrevne implosjonsteknikker (treghets inneslutningsfusjon). I utgangspunktet ble millimeterstore kapsler fylt med deuterium og tritium implodert med høyeffektlasere som genererer røntgenstråler. Kapselen blir oppvarmet og blir til plasma. Plasmaet akselererer innover og skaper ekstreme trykk- og temperaturforhold når drivstoff i kapselen (deuterium- og tritiumatomer) smelter sammen, og frigjør energi og flere partikler inkludert alfapartikler. De frigjorte partiklene samhandler med det omkringliggende plasmaet og varmer det opp ytterligere, noe som fører til flere fusjonsreaksjoner og frigjøring av mer "energi og partikler", og setter dermed opp en selvopprettholdende kjede av fusjonsreaksjoner (kalt "fusjonsantenning").
Fusjonsforskningsmiljøet har i flere tiår forsøkt å oppnå 'fusjonstenning'; en selvopprettholdende fusjonsreaksjon. Den 8th august 2021 kom Lawrence Laboratory-teamet ved terskelen til "fusjonstenning" som de har oppnådd 5.th Desember 2022. På denne dagen ble kontrollert fusjonstenning på jorden en realitet – en milepæl i vitenskapen nådd!
***
