HIBEF提供了对材料结构和非常快速的自然过程的见解，例如在温暖致密物质样品中发生的那些过程。资料来源:HZDR /科学传播实验室
在地球上创造高效和可持续能源的一个有希望的选择是氢核聚变。这个问题?启动核聚变过程需要极高的压力和温度。从技术上讲，这可以通过激光闪光(“激光聚变”或“惯性co”)来实现nfinement融合”)。通过起草“激光聚变的x射线激光优化”(R?ntgenlaser-Optimierung der Laserfusion, ROLF)项目，来自Helmholtz-Zentrum Dresden rosendorf (HZDR)的高级系统理解中心(CASUS)的Tobias Dornheim博士现在打算提高对氢压缩的理论理解。代替“试错”的方法，激光聚变实验可以在未来以更有针对性的方式设计和实施——这是商业聚变发电厂的基本先决条件。除了通过欧盟的“公正过渡基金”，萨克森自由州也参与其中直接对项目的资金贡献。
聚变过程所需的极高压力和温度是通过压缩最初非常冷的胶囊来实现的，胶囊中充满了氢同位素氘和氚。在聚变反应过程中，氢在一段时间内进入一种特定的状态——热致密物质(WDM)状态。这个领域，在压力和温度方面大致位于凝聚态物质和热等离子体之间，是多恩海姆的专业领域。在2022年底，这位年轻的研究人员通过竞争程序获得了欧洲研究理事会价值近150万欧元的“启动资助”。该项目的工作目前正在进行中:Dornheim和他的团队正在开发机器学习方法，这些方法应该能够对WDM进行可靠的理论描述。结构转型项目现在的重点是一个更实际的挑战。
“激光核聚变的一个主要问题是通过激光爆炸实现稳定的压缩，”CASUS“计算量子多体理论前沿”青年研究小组负责人、ROLF项目负责人多恩海姆解释说。“至关重要的是，燃料舱内爆尽可能均匀，即没有任何不稳定，以确保尽可能多的燃料被融合，并释放出相应数量的可用能量。为了实现这一目标，我们必须首先提高对波分复用机制的理解。”
例如，在行星和恒星的核心中可以发现的热致密物质，在大型研究设施中进行了实验研究，例如欧洲XFEL的亥姆霍兹国际极端场光束线(HIBEF)和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)。在这些设施中，使用强大的激光闪光可以在几分之一秒内产生波分复用。多恩海姆的团队正在与这两家机构合作。分析激光聚变的一个重要实验方法是x射线汤姆逊散射(XRTS)，这就是新的ROLF项目的切入点。
让每个人都能接触到x射线诊断
对于使用x射线散射的诊断，x射线源直接对准样品。测量了样品中偏转光子的能量变化，并用于得出有关材料性质的结论。到目前为止，对测量数据的评价主要是基于一系列不受控制的近似。然而，一年前，CASUS团队证明了精确的数据评估是可能的，而不需要使用任何模拟或带有所有近似和假设的模型。
多恩海姆和他的团队正在求助于一种基本的数学方法，即拉普拉斯变换。在ROLF中，研究人员计划创建一个开源软件包，使所有激光聚变专家都可以使用这种评估方法。此外，他们打算进一步开发该方法，以促进使用XRTS测量的无模型、高精度温度测定以外的应用。将来，还应该可以确定其他相关变量，如WDM的密度或电离程度。
然后，G?rlitz的团队打算使用新设计的软件来分析现有的XRTS数据，例如来自欧洲XFEL的数据，以开发和实验测试x射线散射的新测量方法。一旦XRTS诊断有了坚实的基础，来自x射线散射的发现将被纳入激光聚变模拟。“我们认为，从这些模拟中得出的参数将大大提高胶囊的压缩能力，并迎来全新一代的聚变实验，”多恩海姆说，并给出了一个简短的展望。
HZDR可以制造co对激光聚变的贡献
最近，联邦教育和研究部(BMBF)提出了一项新的聚变研究资助计划。其目的是在实现核聚变电厂经济运行的国际挑战中发挥决定性作用。最近发表的BMBF立场文件强调需要“精确的诊断来验证代码和模型”。HZDR的科学主任Sebastian M. Schmidt教授对CASUS项目的资金批准感到非常高兴:“有了HIBEF、CASUS和我们的高功率激光器DRACO和PENELOPE, HZDR处于为激光聚变研究做出重大贡献的绝佳位置。我们可以破译为应用铺平道路的基本过程。”
公正转型基金(JTF)是欧盟的一项融资工具，主要惠及依赖硬煤和褐煤的地区。Lusatian褐煤矿区的Saxon部分总共可获得3.75亿欧元。虽然大部分资金都保留用于支持受结构变化影响最严重的地区的经济，但学术机构也可以申请研究和开发项目资金。因此，CASUS能够通过“研究InfraPronet 2021 - 2027”资助指令为ROLF获得超过70万欧元的100%资金。
