半個多世紀以來，世界各地的研究人員一直致力於在實驗室中實現核聚變點火的嘗試。這是在21世紀所面臨的一個巨大挑戰。一種被稱為慣性約束核聚變(ICF)的方法–通過利用激光使燃料顆粒內爆來尋求點火–一直是麻省理工學院等離子體科學和聚變中心的高能密度物理(HEDP)小組的研究重點。
這個小組，包括9名MIT的前任和現任學生對2021年進行的歷史性ICF點火實驗至關重要。結果在今年那次成功的周年紀念日發表。
2021年8月8日，為了尋求產生重要的聚變能量，勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火設施(NIF)的科學家們使用192道激光束照亮了一個小小的金圓柱體的內部，該圓柱體包裹着一個充滿氘氚燃料的球形膠囊。儘管研究人員以前曾多次使用不同的參數來遵循這一過程，但這次隨之而來的內爆產生了1.37兆焦耳的歷史性核聚變產量，這是由一套中子診斷法測量的。其中包括MIT開發和分析的磁反衝光譜儀(MRS)。這一結果於8月8日發表在《Physical Review Letters》上，其明確指出了第一個受控核聚變實驗實現點火。
據了解，當內部聚變加熱功率高到足以克服冷卻聚變等離子體的物理過程時，等離子體就會被點燃，並形成一個正的熱力學反饋迴路進而非常迅速地提高等離子體溫度。這受Lawson標準的制約，該標準以John D. Lawson命名，他在1955年的一篇機密論文中提出了這一概念。在ICF的情況下，點火是一種狀態，聚變等離子體可以啟動“燃料燃燒傳播”，以進入周圍緻密和寒冷的燃料並使高聚變能量獲得的可能性。
HEDP部門負責人Johan Frenje說道：“這一歷史性的結果當然表明，點火閾值是一個真實的概念，具有良好的理論計算預測，並且聚變等離子體可以在實驗室中被點燃。”
通過提供和使用由MIT博士生和工作人員實施的十幾種診斷方法–對評估內爆的性能至關重要，HEDP部門十多年來為NIF的點火計劃的成功做出了貢獻。這篇論文的數百名合著者證明了這一里程碑式的合作努力。據悉，MIT的貢獻者包括學生合著者。
“學生們負責實施和使用一個診斷器以獲得對NIF的ICF項目很重要的數據。負責在NIF運行一個診斷器使他們能夠積极參与科學對話從而直接接觸到最前沿的科學，”Frenje說道。