المرفق الوطني للإشعال

يستخدم مرفق الإشعال الوطني (NIF) بشكل أساسي طريقة التشغيل غير المباشر، حيث يقوم الليزر بتسخين أسطوانة معدنية صغيرة تحيط بالكبسولة الموجودة بداخلها، والتي بدورها تُصدر أشعة سينية تُسخّن حبيبة الوقود. وقد أكدت الأنظمة التجريبية، بما في ذلك ليزري OMEGA و Nova ، صحة هذا النهج. ^{[ 24 ]} يدعم مرفق الإشعال الوطني (NIF) طاقة عالية تسمح باستخدام هدف أكبر بكثير من ليزري OMEGA أو Nova؛ ويبلغ  قطر تصميم الحبيبة الأساسي حوالي 2 مم. يتم تبريدها إلى حوالي 18 كلفن (-255  درجة مئوية) وتُبطّن بطبقة من وقود الديوتيريوم-التريتيوم (DT) المُجمّد. يحتوي التجويف الداخلي على كمية صغيرة من غاز الديوتيريوم-التريتيوم. ^{[ 25 ]}

في تجربة نموذجية، يُولّد الليزر 3  ميغا جول من طاقة الليزر تحت الحمراء من أصل 4 ميغا جول.  يتبقى حوالي 1.5 ميغا جول بعد تحويلها إلى الأشعة فوق البنفسجية، ويُفقد 15% أخرى في التجويف . يمتصّ حوالي 15% من الأشعة السينية الناتجة، أي حوالي 150  كيلو جول، بواسطة الطبقات الخارجية للهدف. ^{[ 26 ]} يكون التفاعل بين الكبسولة والأشعة السينية مُهدرًا للطاقة، وفي النهاية  لا يُخزّن في الوقود سوى حوالي 10 إلى 14 كيلو جول من الطاقة. ^{[ 27 ]}

يتم ضغط الوقود الموجود في مركز الهدف إلى كثافة تبلغ حوالي 1000  غ/سم³ ^{. [ 28 ]} وللمقارنة، تبلغ كثافة الرصاص حوالي 11  غ/سم³ ^. ويعادل الضغط 300 مليار ضغط جوي . ^{[ 20 ]}

قبل إنشاء مرفق الإشعال الوطني (NIF)، كان من المتوقع، بناءً على عمليات المحاكاة،  إطلاق طاقة اندماج تتراوح بين 10 و15 ميغا جول، مما ينتج عنه مكسب صافٍ في طاقة الاندماج، يُرمز له بـ Q ، يتراوح بين 5 و8 (طاقة الاندماج الخارجة / طاقة ليزر الأشعة فوق البنفسجية الداخلة). ^{[ 29 ]} وبسبب تصميم حجرة الهدف، حدّ التصميم الأساسي من أقصى طاقة اندماج ممكنة إلى 45  ميغا جول، ^{[ 30 ]} أي ما يعادل انفجار حوالي 11  كيلوغرامًا من مادة تي إن تي . ^{[ 31 ]} عند بناء مرفق الإشعال الوطني واستخدامه في عام 2011، كانت طاقة الاندماج أقل بكثير من المتوقع - أقل من 1  كيلو جول. وتحسّن الأداء تدريجيًا حتى تجاوزت طاقة الاندماج 2  ميغا جول بشكل روتيني بحلول عام 2024. ^{[ 32 ]}

لكي يكون مرفق الاندماج مفيدًا في إنتاج الطاقة، يجب أن ينتج طاقة اندماجية تفوق الطاقة المستخدمة لتشغيل مضخمات الليزر بعشرة أضعاف على الأقل - 400  ميغا جول في حالة مرفق الإشعال الوطني (NIF). ^{[ 33 ]} ستستخدم أنظمة الاندماج الليزري التجارية ليزرات الحالة الصلبة المضخّمة بالديودات ، وهي أكثر كفاءة بكثير، حيث تم إثبات كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كهربائية بنسبة 10%، وكان من المتوقع أن تصل الكفاءة إلى 16-18% مع المفاهيم المتقدمة قيد التطوير في عام 1996. ^{[ 34 ]}

اعتبارًا من عام 2010، كان هدف مرفق الإشعال الوطني (NIF) هو توليد ومضة ضوئية واحدة بقوة 500 تيراواط (TW) تصل إلى الهدف من اتجاهات متعددة في غضون بضع بيكو ثانية . يستخدم التصميم 192 خطًا شعاعيًا في نظام متوازٍ من ليزرات زجاج الفوسفات المطعم بالنيوديميوم، والتي تُضخ بواسطة مصابيح وميضية . ^{[ 35 ]} 

لضمان تجانس خرج خطوط الحزم، يُضخّم الليزر من مصدر واحد في نظام حقن الليزر (ILS). تبدأ هذه العملية بوميض منخفض الطاقة من ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجي 1053 نانومتر، مُولّد في ليزر ألياف بصرية مُطعّم بالإيتربيوم يُسمى المذبذب الرئيسي. ^{[ 36 ]} يُقسّم هذا الضوء ويُوجّه إلى 48 وحدة تضخيم أولي (PAM). تُجري كل وحدة تضخيم أولي عملية تضخيم ثنائية المراحل باستخدام مصابيح زينون وامضة . المرحلة الأولى هي مُضخّم تجديدي، حيث تدور النبضة من 30 إلى 60 مرة، مما يزيد طاقتها من النانوجول إلى عشرات الميلي جول. أما المرحلة الثانية، فتُرسل الضوء أربع مرات عبر دائرة تحتوي على مُضخّم زجاجي من النيوديميوم، مشابه (ولكنه أصغر بكثير) للمُضخّمات المُستخدمة في خطوط الحزم الرئيسية، مما يرفع طاقة الميلي جول إلى حوالي 6 جول. ووفقًا لمختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL)، كان تصميم وحدات التضخيم الأولي أحد التحديات الرئيسية. سمحت التحسينات اللاحقة لهم بتجاوز أهداف التصميم الأولية. ^{[ 37 ]} 

تتم عملية التضخيم الرئيسية في سلسلة من مضخمات الزجاج الموجودة في أحد طرفي خطوط الحزمة. قبل الإطلاق، تُضخ المضخمات ضوئيًا بواسطة 7680 مصباحًا وامضًا. تُغذى هذه المصابيح بواسطة بنك مكثفات يخزن 400  ميغا جول (110  كيلوواط ساعة). عند مرور جبهة الموجة عبرها، تُطلق المضخمات جزءًا من الطاقة المخزنة فيها إلى الحزمة. تُمرر الحزم عبر المضخم الرئيسي أربع مرات، باستخدام مفتاح ضوئي موجود في تجويف عاكس. تُضخّم هذه المضخمات الطاقة الأصلية البالغة 6  جول إلى 4  ميغا جول اسميًا. ^{[ 18 ]} ونظرًا للنطاق الزمني الذي يبلغ بضع نانوثوانٍ، تصل ذروة طاقة الأشعة فوق البنفسجية المُوَصَّلة إلى الهدف إلى 500  تيراواط. ^{[ 38 ]}

توجد المرشحات المكانية بالقرب من مركز كل خط شعاع، وتشغل معظم طوله الإجمالي . تتكون هذه المرشحات من أنابيب طويلة مزودة بتلسكوبات صغيرة في نهايتها، تعمل على تركيز الشعاع في نقطة دقيقة في مركز الأنبوب، حيث يقوم قناع بحجب أي ضوء متشتت خارج نقطة التركيز. تضمن هذه المرشحات تجانس صورة الشعاع بشكل كبير. وقد مثّلت المرشحات المكانية نقلة نوعية هامة، حيث تم استخدامها لأول مرة في ليزر سايكلوبس ، وهو تجربة سابقة أجراها مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL). ^{[ 39 ]}

يبلغ طول مسار شعاع الليزر، بما في ذلك المفاتيح، حوالي 1500 متر (4900 قدم) . تُعبأ العناصر البصرية المختلفة في خطوط الشعاع عادةً في وحدات قابلة للاستبدال (LRUs)، وهي عبارة عن صناديق قياسية بحجم آلة بيع تقريبًا ، يمكن إخراجها من خط الشعاع لاستبدالها من الأسفل. ^{[ 40 ]} 

بعد اكتمال عملية التضخيم، يُعاد توجيه الضوء إلى مساره الرئيسي، حيث يمتد إلى الطرف البعيد من المبنى وصولًا إلى حجرة الهدف. حجرة الهدف عبارة عن كرة فولاذية متعددة الأجزاء قطرها 10 أمتار (33 قدمًا) ووزنها 130,000 كيلوغرام (290,000 رطل) . ^{[ 41 ]} قبل وصول الضوء إلى حجرة الهدف مباشرةً، ينعكس عن مرايا في محطة التحويل ومنطقة الهدف ليصيب الهدف من اتجاهات مختلفة. ولأن طول المسار من المذبذب الرئيسي إلى الهدف يختلف باختلاف مسار كل شعاع، تُستخدم البصريات لتأخير الضوء لضمان وصوله جميعًا إلى المركز في غضون بضعة بيكو ثانية. ^{[ 42 ]}  

إحدى الخطوات الأخيرة قبل الوصول إلى حجرة الهدف هي تحويل ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR) بطول موجي 1053  نانومتر إلى ضوء الأشعة فوق البنفسجية (UV) بطول موجي 351  نانومتر في جهاز يُعرف بمحول التردد . ^{[ 43 ]} تُصنع هذه المحولات من صفائح رقيقة (  بسمك 1 سم تقريبًا) مقطوعة من بلورة واحدة من فوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيوم . عندما  يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجي 1053 نانومتر عبر الصفيحة الأولى من صفيحتين، يقوم جمع التردد بتحويل جزء كبير من الضوء إلى  ضوء بطول موجي 527 نانومتر (أخضر). عند مروره عبر الصفيحة الثانية، يقوم دمج التردد بتحويل جزء كبير من  ضوء 527 نانومتر والجزء المتبقي من  ضوء 1053 نانومتر إلى  ضوء بطول موجي 351 نانومتر (أشعة فوق بنفسجية). يُعد ضوء الأشعة تحت الحمراء أقل فعالية بكثير من ضوء الأشعة فوق البنفسجية في تسخين الأهداف، لأن الأشعة تحت الحمراء تتفاعل بقوة أكبر مع الإلكترونات الساخنة التي تمتص كمية كبيرة من الطاقة وتتداخل مع عملية الضغط. يمكن أن تصل كفاءة عملية التحويل إلى ذروتها عند حوالي 80% لنبضة ليزر ذات شكل زمني ثابت ، إلا أن الشكل الزمني اللازم للإشعال يختلف اختلافًا كبيرًا خلال مدة النبضة. تبلغ كفاءة عملية التحويل الفعلية حوالي 50%، مما يقلل الطاقة المُوَصَّلة إلى 1.8  ميغا جول اسميًا. ^{[ 44 ]}

اعتبارًا من عام 2010، كان أحد الجوانب المهمة لأي مشروع بحثي في ​​مجال الاندماج بالقصور الذاتي هو ضمان إمكانية إجراء التجارب في الوقت المناسب. كانت الأجهزة السابقة تتطلب عادةً التبريد لساعات طويلة للسماح لمصابيح الوميض وزجاج الليزر باستعادة شكلها بعد الإطلاق (بسبب التمدد الحراري)، مما يحد من استخدامها إلى عملية إطلاق واحدة أو أقل يوميًا. وكان أحد أهداف مرفق الإشعال الوطني (NIF) هو تقليص هذا الوقت إلى أقل من أربع ساعات، للسماح بإجراء 700 عملية إطلاق سنويًا. ^{[ 45 ]}

يستكشف مرفق الإشعال الوطني (NIF) أيضًا أنواعًا جديدة من الأهداف. استخدمت التجارب السابقة عمومًا موادًا بلاستيكية قابلة للاستئصال ، عادةً من البوليسترين (CH). تُصنع أهداف NIF عن طريق طلاء قالب بلاستيكي بطبقة من البريليوم المرسب بالرش أو سبيكة البريليوم والنحاس، ثم أكسدة البلاستيك من المركز. ^{[ 46 ] [ 47 ]} توفر أهداف البريليوم كفاءة انضغاط أعلى من مدخلات الأشعة السينية. ^{[ 48 ]}

على الرغم من أن مرفق الإشعال الوطني (NIF) صُمم في الأساس كجهاز تشغيل غير مباشر، إلا أن طاقة الليزر فيه بحلول عام 2008 كانت عالية بما يكفي لاستخدامه كنظام تشغيل مباشر، حيث يُسلط الليزر مباشرةً على الهدف دون تحويله إلى أشعة سينية. وقُدِّرت الطاقة التي توفرها أشعة NIF فوق البنفسجية بأنها أكثر من كافية لإحداث الاشتعال، مما يسمح بزيادة طاقة الاندماج بنحو 40 ضعفًا، وهو أعلى قليلًا من نظام التشغيل غير المباشر. ^{[ 49 ]}

اعتبارًا من عام 2005، أظهرت عمليات الانفجار المصغرة على ليزر أوميغا والمحاكاة الحاسوبية أن مرفق الإشعال الوطني (NIF) قادر على الإشعال باستخدام تكوين القيادة المباشرة القطبية (PDD) حيث يتم تشعيع الهدف مباشرة بواسطة الليزر من الأعلى والأسفل فقط، دون تغييرات في تخطيط خط شعاع NIF. ^{[ 50 ]}

ابتداءً من عام 2005، صُممت أهداف أخرى، تُسمى أهداف زحل، خصيصًا لتقليل التباين وتحسين عملية الانضغاط. ^{[ 51 ]} تتميز هذه الأهداف بحلقة بلاستيكية صغيرة حول "خط استواء" الهدف، والتي تتحول إلى بلازما عند اصطدام الليزر بها. ينكسر جزء من ضوء الليزر عبر هذه البلازما عائدًا نحو خط استواء الهدف، مما يُوزع الحرارة بالتساوي. يُعتقد أن إشعال NIF ممكن بمكاسب تزيد قليلاً عن 35 ضعفًا، مما يُنتج نتائج جيدة تقريبًا مثل نهج الدفع المباشر المتناظر تمامًا. ^{[ 50 ]}

بدأ تاريخ الاندماج بالقصور الذاتي في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في ليفرمور، كاليفورنيا ، مع الفيزيائي جون نوكولز ، الذي بدأ بدراسة المشكلة بعد اجتماع عُقد عام 1957 بتنظيم من إدوارد تيلر هناك. خلال هذه الاجتماعات، ظهرت الفكرة التي عُرفت لاحقًا باسم PACER . تصوّرت PACER تفجير قنابل هيدروجينية صغيرة في كهوف كبيرة لتوليد بخار يُحوّل إلى طاقة كهربائية. بعد تحديد مشاكل هذا النهج، تساءل نوكولز عن أصغر حجم يمكن تصنيعه لقنبلة قادرة على توليد طاقة صافية موجبة. ^{[ 52 ]}

تتكون القنبلة الهيدروجينية النموذجية من جزأين: قنبلة انشطارية أساسها البلوتونيوم تُعرف بالقنبلة الأولية ، ومجموعة أسطوانية من وقود الاندماج تُعرف بالقنبلة الثانوية . تُطلق القنبلة الأولية أشعة سينية تُحصر داخل غلاف القنبلة، فتسخن وتضغط القنبلة الثانوية حتى تشتعل. تتكون القنبلة الثانوية من وقود ديوتيريد الليثيوم (LiD)، الذي يتطلب مصدرًا خارجيًا للنيوترونات، وعادةً ما يكون على شكل "شمعة إشعال" صغيرة من البلوتونيوم في مركز الوقود. كانت فكرة نوكولز استكشاف مدى إمكانية تصغير حجم القنبلة الثانوية، وتأثير ذلك على الطاقة اللازمة من القنبلة الأولية لإشعالها. أبسط تغيير هو استبدال وقود LiD بغاز DT، مما يُلغي الحاجة إلى شمعة الإشعال. يسمح هذا بتصنيع قنابل ثانوية بأي حجم، فكلما تقلص حجم القنبلة الثانوية، قلّت كمية الطاقة اللازمة لإشعالها. عند مستوى المليغرام، بدأت مستويات الطاقة تقترب من تلك المتاحة من خلال العديد من الأجهزة المعروفة. ^{[ 52 ]}

بحلول أوائل الستينيات، كان نوكولز وعدد من مصممي الأسلحة الآخرين قد وضعوا الخطوط العريضة لتقنية الاندماج بالقصور الذاتي (ICF). كان من المقرر وضع وقود الديوتيريوم-تريتيوم في كبسولة صغيرة مصممة للاحتراق السريع عند تسخينها، مما يزيد من الضغط وتكوين الموجة الصدمية. كانت هذه الكبسولة توضع داخل غلاف هندسي، يُسمى "التجويف النووي" (hohlraum)، والذي يعمل كغلاف للقنبلة. لم يكن من الضروري تسخين التجويف النووي بالأشعة السينية؛ إذ يمكن استخدام أي مصدر طاقة طالما أنه يوفر طاقة كافية لتسخين التجويف النووي وإنتاج الأشعة السينية. من الناحية المثالية، كان من المفترض أن يكون مصدر الطاقة على مسافة ما، لعزل طرفي التفاعل ميكانيكيًا. يمكن استخدام قنبلة ذرية صغيرة كمصدر للطاقة، كما هو الحال في القنبلة الهيدروجينية، ولكن من الأفضل استخدام مصادر طاقة أصغر. باستخدام المحاكاة الحاسوبية، قدرت الفرق أن حوالي 5  ميغا جول من الطاقة ستكون مطلوبة من النواة الأولية، لتوليد  شعاع طاقة 1 ميغا جول. ^{[ 52 ]} ولوضع هذا في سياقه الصحيح، فإن  نواة انشطارية أولية صغيرة (0.5 كيلو طن) تُطلق 2 تيرا جول. ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]}

بينما كان نوكولز ومختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) يعملان على مفاهيم تعتمد على تجويف البلازما، كان الفيزيائي كيث بروكينر من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو (UCSD) يعمل بشكل مستقل على تقنية الدفع المباشر. في أوائل سبعينيات القرن الماضي، أسس بروكينر شركة KMS Fusion لتسويق هذا المفهوم. وقد أدى ذلك إلى منافسة شديدة بين KMS ومختبرات الأسلحة. بعد أن كان مهملاً في السابق، أصبح الاندماج بالقصور الذاتي (ICF) موضوعًا ساخنًا، وبدأت معظم المختبرات العمل عليه. ^{[ 52 ]} قرر مختبر لورانس ليفرمور الوطني التركيز على ليزرات الزجاج، بينما درست مرافق أخرى ليزرات الغاز باستخدام ثاني أكسيد الكربون (مثل ANTARES، مختبر لوس ألاموس الوطني ) أو ليزرات الكريبتون فلوريد (مثل ليزر نايك ، مختبر الأبحاث البحرية ). ^{[ 56 ]}

خلال هذه المراحل المبكرة، كان فهم عملية الاندماج النووي في معظمه نتاجًا لمحاكاة حاسوبية، ولا سيما برنامج LASNEX . وقد بسّط LASNEX التفاعل إلى تقريب ثنائي الأبعاد، وهو كل ما كان ممكنًا في ظل القدرة الحاسوبية المتاحة. وقدّر LASNEX أن محركات الليزر في نطاق الكيلوجول يمكن أن تحقق كسبًا منخفضًا، وهو ما كان ضمن أحدث التقنيات المتاحة آنذاك. ^{[ 52 ]} أدى ذلك إلى مشروع ليزر شيفا الذي اكتمل عام 1977. إلا أن شيفا لم يحقق أهدافه المرجوة، إذ كانت الكثافات التي تم الوصول إليها أقل بآلاف المرات من المتوقع. وقد عُزي ذلك إلى مشاكل في طريقة توصيل الليزر للحرارة إلى الهدف، حيث أن معظم طاقته وجّهت الطاقة إلى الإلكترونات بدلًا من كتلة الوقود بأكملها. وأظهرت تجارب ومحاكاة لاحقة أنه يمكن تحسين هذه العملية بشكل كبير باستخدام أطوال موجية أقصر. ^{[ 57 ]}

أظهرت ترقيات إضافية لبرامج المحاكاة، مع مراعاة هذه التأثيرات، أن تصميمًا مختلفًا سيحقق الاشتعال. اتخذ هذا النظام شكل ليزر نوفا  ذي العشرين شعاعًا وطاقة 200 كيلوجول . خلال مرحلة الإنشاء، اكتشف نوكولز خطأً في حساباته، وأكدت مراجعة أجريت في أكتوبر 1979 برئاسة مدير مختبر لورانس ليفرمور الوطني السابق، جون إس. فوستر جونيور، أن نوفا لن يحقق الاشتعال. تم تعديله إلى تصميم أصغر ذي عشرة أشعة، يحول الضوء إلى 351 نانومتر ويزيد من كفاءة الاقتران. ^{[ 58 ]} تمكن نوفا من توليد حوالي 30 كيلوجول من طاقة ليزر الأشعة فوق البنفسجية، أي ما يقارب نصف الطاقة المتوقعة، ويعود ذلك أساسًا إلى تلف بصري في بصريات التركيز النهائية. حتى عند هذه المستويات، كان من الواضح أن التوقعات المتعلقة بإنتاج الاندماج النووي خاطئة؛ فحتى مع القدرات المحدودة المتاحة، كانت نواتج الاندماج أقل بكثير من التوقعات.  

أظهرت كل تجربة أن الطاقة اللازمة للاشتعال لا تزال تُقلل من شأنها. قررت وزارة الطاقة الأمريكية أن التجارب المباشرة هي أفضل طريقة لحل هذه المسألة، وفي عام ١٩٧٨ بدأت سلسلة من التجارب تحت الأرض في موقع نيفادا للاختبارات النووية ، استخدمت فيها قنابل نووية صغيرة لإضاءة أهداف الاندماج بالقصور الذاتي. عُرفت هذه التجارب باسم هالايت (مختبر لورانس ليفرمور الوطني) وسنتوريون (مختبر لوس ألاموس الوطني). ^{[ ٥٩ ]}

طُوِّر المفهوم الأساسي وراء هذه الاختبارات في ستينيات القرن الماضي كوسيلة لتطوير رؤوس حربية مضادة للصواريخ الباليستية . وقد تبيّن أن القنابل التي تنفجر خارج الغلاف الجوي تُطلق دفعات من الأشعة السينية قادرة على إلحاق الضرر بالرأس الحربي للعدو من مسافة بعيدة. ولاختبار فعالية هذا النظام، ولتطوير تدابير مضادة لحماية الرؤوس الحربية الأمريكية، طوّرت وكالة دعم الدفاع الذري (التي تُعرف الآن بوكالة الحد من التهديدات الدفاعية) نظامًا يضع الأهداف في نهاية أنفاق طويلة خلف أبواب سريعة الإغلاق. وقد زُوِّدت الأبواب بتوقيت إغلاقها في الفترة القصيرة بين وصول الأشعة السينية والانفجار اللاحق. وقد أنقذ هذا النظام مركبة العودة من أضرار الانفجار، وسمح بفحصها. ^{[ 59 ]}

استخدمت اختبارات الاندماج بالقصور الذاتي النظام نفسه، مع استبدال المركبات الإشعاعية بتجاويف هولراوم. أضاء كل اختبار عدة أهداف في آن واحد، كل منها على مسافة مختلفة من القنبلة لاختبار تأثير اختلاف الإضاءة. وكان من بين الأسئلة المطروحة حجم مجموعة الوقود اللازمة لتسخين الوقود ذاتيًا بفعل تفاعلات الاندماج، وبالتالي الوصول إلى الاشتعال. توفرت البيانات الأولية بحلول منتصف عام ١٩٨٤، وتوقفت الاختبارات في عام ١٩٨٨. وقد تحقق الاشتعال لأول مرة خلال هذه الاختبارات. كانت كمية الطاقة وحجم أهداف الوقود اللازمة للوصول إلى الاشتعال أعلى بكثير من المتوقع. ^{[ ٦٠ ]} خلال الفترة نفسها، بدأت تجارب على جهاز نوفا باستخدام أهداف مماثلة لفهم سلوكها تحت إضاءة الليزر، مما أتاح مقارنة مباشرة مع اختبارات القنبلة. ^{[ ٦١ ]}

تشير هذه البيانات إلى أن حوالي 10  ميغا جول من طاقة الأشعة السينية ستكون ضرورية للوصول إلى مرحلة الاشتعال، وهو ما يتجاوز بكثير ما تم حسابه سابقًا. ^{[ 60 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]} إذا تم توليد هذه الأشعة السينية عن طريق توجيه شعاع ليزر يعمل بالأشعة تحت الحمراء إلى تجويف هولرام، كما هو الحال في نوفا أو NIF، فسيتطلب الأمر طاقة ليزر أكبر بكثير، تصل إلى حوالي 100  ميغا جول. ^{[ 60 ]}

أثار هذا الأمر نقاشًا في أوساط مجتمع الاندماج بالقصور الذاتي. ^{[ 60 ]} اقترحت إحدى المجموعات محاولة بناء ليزر بهذه القدرة؛ حيث صمم ليوناردو ماسكيروني وكلود فيبس نوعًا جديدًا من ليزر فلوريد الهيدروجين يُضخ بواسطة إلكترونات عالية الطاقة ، ووصلا إلى  عتبة 100 ميغا جول. واستخدم آخرون البيانات نفسها وإصدارات جديدة من محاكاة الحاسوب الخاصة بهم ليقترحوا أن التشكيل الدقيق لنبضة الليزر وتوزيع المزيد من الحزم بشكل أكثر انتظامًا يمكن أن يحقق الإشعال باستخدام ليزر تتراوح طاقته بين 5 و10  ميغا جول. ^{[ 65 ] [ 66 ]}

دفعت هذه النتائج وزارة الطاقة الأمريكية إلى طلب إنشاء منشأة عسكرية مخصصة للاندماج النووي بالقصور الذاتي، أُطلق عليها اسم "منشأة الاندماج النووي المصغر المختبرية" (LMF). كان من المقرر أن تستخدم LMF مُشغِّلاً بطاقة تقارب 10  ميغا جول، مما يُنتج طاقة اندماج تتراوح بين 100 و1000 ميغا جول. أشارت مراجعة أجرتها الأكاديمية الوطنية للعلوم  في الفترة 1989-1990 لهذا المفهوم إلى أن LMF طموحة للغاية، وأن الفيزياء الأساسية بحاجة إلى مزيد من البحث. وأوصت الأكاديمية بإجراء المزيد من التجارب قبل محاولة الانتقال إلى نظام طاقة 10 ميغا جول. ومع ذلك، لاحظ الباحثون: "في الواقع، إذا تبيّن أن مُشغِّلاً بطاقة 100 ميغا جول ضروري للإشعال والتضخيم، فسيتعين إعادة النظر في النهج والأساس المنطقي للاندماج النووي بالقصور الذاتي برمته". ^{[ 67 ]} 

في عام ١٩٩٢، قُدّرت تكلفة منشأة الاندماج النووي المصغر المختبرية بحوالي  مليار دولار أمريكي. ^{[ ٦٨ ]} قدّم مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) في البداية تصميمًا مزودًا بمحرك طاقة بقدرة ٥  ميغا جول عند طول موجي ٣٥٠  نانومتر (فوق بنفسجي) قادر على الوصول إلى  إنتاجية تبلغ حوالي ٢٠٠ ميغا جول، وهو ما يكفي لتحقيق معظم أهداف منشأة الاندماج النووي المصغر المختبرية  . قُدّرت تكلفة هذا البرنامج بحوالي ٦٠٠ مليون دولار أمريكي في السنة المالية ١٩٨٩. وتم تخصيص مبلغ إضافي قدره ٢٥٠  مليون دولار أمريكي لترقية المنشأة إلى ١٠٠٠  ميغا جول. وبذلك، تجاوزت التكلفة الإجمالية  مليار دولار أمريكي لتحقيق جميع الأهداف التي طلبتها وزارة الطاقة الأمريكية. ^{[ ٦٨ ]}

أدت مراجعة الأكاديمية الوطنية للعلوم إلى إعادة تقييم هذه الخطط، وفي يوليو 1990، استجاب مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) بمشروع "ترقية نوفا"، الذي أعاد استخدام معظم مكونات نوفا، بالإضافة إلى منشأة شيفا المجاورة. وكان النظام الناتج أقل طاقة بكثير من مفهوم LMF، حيث بلغت طاقة المحرك حوالي 1  ميغا جول. ^{[ 69 ]} تضمن التصميم الجديد ميزات حسّنت من أحدث التقنيات في قسم المحرك، بما في ذلك المرور المتعدد في المضخمات الرئيسية، و18 خطًا شعاعيًا (بدلًا من 10) تم تقسيمها إلى 288 "حزمة صغيرة" عند دخولها منطقة الهدف. دعت الخطط إلى تركيب مجموعتين رئيسيتين من الخطوط الشعاعية، إحداهما في غرفة خطوط نوفا الحالية، والأخرى في مبنى شيفا الأقدم المجاور، تمتد عبر حجرة الليزر ومنطقة الهدف إلى منطقة هدف نوفا المُطوّرة. ستُنتج الليزرات حوالي 500  تيراواط في  نبضة مدتها 4 نانوثانية. وكان من المتوقع أن تُنتج الترقيات نواتج اندماج تتراوح بين 2 و10  ميغا جول. تشير التقديرات الأولية من عام 1992 إلى أن تكاليف البناء بلغت حوالي 400  مليون دولار، مع استمرار أعمال البناء من عام 1995 إلى عام 1999. ^{[ 68 ]}

خلال هذه الفترة، أدى انتهاء الحرب الباردة إلى تغييرات جذرية في تمويل الدفاع وأولوياته. تراجع الدعم السياسي للأسلحة النووية، وأدت اتفاقيات الحد من التسلح إلى تقليص عدد الرؤوس الحربية وتراجع أعمال التصميم. وواجهت الولايات المتحدة احتمال فقدان جيل من مصممي الأسلحة النووية القادرين على صيانة المخزونات الحالية أو تصميم أسلحة جديدة. ^{[ 70 ]} في الوقت نفسه، وُقِّعت معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية (CTBT) عام 1996، والتي حظرت جميع اختبارات التفاعل النووي ، وجعلت تطوير أجيال جديدة من الأسلحة النووية أكثر صعوبة.

انبثق من هذه التغييرات برنامج إدارة المخزون النووي (SSMP)، الذي تضمن، من بين أمور أخرى، تمويلًا لتطوير أساليب تصميم وبناء أسلحة نووية دون الحاجة إلى اختبارها تفجيريًا. وفي سلسلة من الاجتماعات التي بدأت عام 1995، تم التوصل إلى اتفاق بين المختبرات لتقسيم جهود برنامج إدارة المخزون النووي. وكان من أهم جوانب هذا الاتفاق التحقق من صحة النماذج الحاسوبية باستخدام تجارب الاندماج بالقصور الذاتي منخفضة القوة. وكان مشروع نوفا أبجريد صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن استخدامه في هذه التجارب. ^{[ 71 ] [ أ ]} وقد تطور التصميم الجديد ليصبح مشروع الإشعال الوطني (NIF) عام 1994. وظلت التكلفة التقديرية للمشروع تقارب  مليار دولار، واكتمل عام 2002. ^{[ 72 ]}

على الرغم من الاتفاقية، أدت التكلفة الباهظة للمشروع، بالإضافة إلى توقف مشاريع مماثلة في مختبرات أخرى، إلى تعليقات نقدية من علماء في مختبرات أخرى، ولا سيما مختبرات سانديا الوطنية . في مايو 1997، صرّح ريك سبيلمان، عالم الاندماج النووي في سانديا، علنًا بأن مرفق الإشعال الوطني (NIF) "لا يخضع عمليًا لأي مراجعة داخلية من قِبل النظراء بشأن المسائل التقنية"، وأن "ليفرمور اختارت اللجنة لمراجعة نفسها". ^{[ 73 ]} وكان بوب بويريفوي، المدير المتقاعد في سانديا، أكثر صراحة من سبيلمان: "مرفق الإشعال الوطني عديم الفائدة... لا يمكن استخدامه للحفاظ على المخزون، ببساطة". ^{[ 74 ]} وكان راي كيدر ، أحد المطورين الأصليين لمفهوم الاندماج بالقصور الذاتي (ICF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL)، شديد الانتقاد أيضًا. فقد صرّح في عام 1997 بأن الغرض الأساسي منه هو "استقطاب والحفاظ على فريق من المنظرين والباحثين التجريبيين"، وأنه في حين أن بعض البيانات التجريبية قد تكون مفيدة لتصميم الأسلحة، إلا أن الاختلافات في الإعداد التجريبي تحدّ من أهميتها. "بعض المبادئ الفيزيائية متشابهة؛ لكن التفاصيل، التي تكمن فيها الصعوبة، مختلفة تمامًا. لذلك، من الخطأ أيضًا افتراض أن مرفق الإشعال الوطني (NIF) سيكون قادرًا على دعم فريق من مصممي ومهندسي الأسلحة على المدى الطويل، ممن يمتلكون كفاءة تصميمية تفصيلية تضاهي كفاءة العاملين حاليًا في مختبرات تصميم الأسلحة." ^{[ 75 ]}

في عام 1997، دافع فيكتور ريس، مساعد وزير برامج الدفاع في وزارة الطاقة الأمريكية وكبير مهندسي برنامج إدارة المخزون النووي (SSMP)، عن البرنامج أمام لجنة القوات المسلحة بمجلس النواب الأمريكي، قائلاً إن مرفق الإشعال الوطني (NIF) "صُمم لإنتاج ظروف درجة حرارة وكثافة مادة قريبة من تلك التي تحدث في تفجير الأسلحة النووية، وذلك لأول مرة في بيئة مختبرية. إن القدرة على دراسة سلوك المادة وانتقال الطاقة والإشعاع في ظل هذه الظروف أمر أساسي لفهم الفيزياء الأساسية للأسلحة النووية والتنبؤ بأدائها دون الحاجة إلى إجراء تجارب نووية تحت الأرض." ^{[ 76 ]} وفي عام 1998، ذكرت لجنتان تابعتان لمبادرة جيسون، مؤلفتان من خبراء علميين وتقنيين، أن مرفق الإشعال الوطني (NIF) هو البرنامج الأكثر قيمة من الناحية العلمية من بين جميع البرامج المقترحة لإدارة المخزون النووي القائمة على أسس علمية. ^{[ 77 ]}

على الرغم من الانتقادات الأولية، دعمت سانديا، وكذلك لوس ألاموس، تطوير العديد من تقنيات NIF، ^{[ 78 ]} وأصبح كلا المختبرين لاحقًا شريكين مع NIF في الحملة الوطنية للإشعال. ^{[ 79 ]}

بدأ العمل على مشروع NIF بنموذج تجريبي أحادي الخط، يُدعى Beamlet. وقد عمل Beamlet بنجاح بين عامي 1994 و1997. ثم أُرسل إلى مختبرات سانديا الوطنية كمصدر ضوئي في جهاز Z الخاص بهم . بعد ذلك، تم إنشاء نموذج تجريبي كامل الحجم في AMPLAB، والذي بدأ العمل في عام 1997. ^{[ 80 ]} أُقيم حفل وضع حجر الأساس الرسمي لموقع NIF الرئيسي في 29 مايو 1997. ^{[ 81 ]}

في ذلك الوقت، كانت وزارة الطاقة الأمريكية تُقدّر أن تكلفة مرفق الإشعال الوطني (NIF) ستبلغ حوالي 1.1  مليار دولار، بالإضافة إلى  مليار دولار أخرى للأبحاث ذات الصلة، وأن المشروع سيُنجز في أقرب وقت ممكن عام 2002. ^{[ 82 ]} وفي وقت لاحق من عام 1997، وافقت وزارة الطاقة على  تمويل إضافي بقيمة 100 مليون دولار، وأجلت تاريخ التشغيل إلى عام 2004. وفي عام 1998، ذكرت وثائق مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) العامة أن التكلفة الإجمالية بلغت 1.2  مليار دولار، مع تشغيل أول ثمانية ليزرات في عام 2001، والإنجاز الكامل في عام 2003. ^{[ 83 ]}

كان الحجم الهائل للمنشأة وحده كافياً لجعل مشروع البناء تحدياً كبيراً. فبحلول وقت اكتمال "المنشأة التقليدية" (الهيكل الخارجي لجهاز الليزر) في عام 2001، كان قد تم حفر أكثر من 210,000 ياردة مكعبة من التربة، وصُبّ أكثر من 73,000 ياردة مكعبة من الخرسانة، ووضع 7,600 طن من حديد التسليح، وتركيب أكثر من 5,000 طن من الفولاذ الإنشائي. ولعزل نظام الليزر عن الاهتزازات، صُممت أساسات كل حجرة ليزر بشكل مستقل عن باقي الهيكل. وقد تطلّبت ألواح خرسانية بسمك ثلاثة أقدام وطول 420 قدماً وعرض 80 قدماً صبّاً متواصلاً للخرسانة لتحقيق مواصفاتها. ^{[ 84 ]}

في نوفمبر/تشرين الثاني 1997، تسببت عاصفة النينيو في هطول أمطار غزيرة بلغت بوصتين خلال ساعتين، مما أدى إلى فيضان موقع مشروع البنية التحتية الوطنية (NIF) بـ 200 ألف جالون من الماء قبل ثلاثة أيام فقط من الموعد المقرر لصبّ الأساسات. كانت التربة مشبعة بالماء لدرجة أن هيكل الجدار الاستنادي غرق ست بوصات، مما أجبر فريق العمل على تفكيكه وإعادة تركيبه. ^{[ 84 ]} توقف البناء في ديسمبر/كانون الأول 1997، عندما تم اكتشاف عظام ماموث عمرها 16 ألف عام . تم استدعاء علماء الحفريات لإزالة العظام وحفظها، مما أدى إلى تأخير البناء لمدة أربعة أيام. ^{[ 85 ]}

برزت تحديات متنوعة في مجالات البحث والتطوير والتكنولوجيا والهندسة، منها إنشاء قدرة تصنيع بصريات لتوفير زجاج الليزر لبصريات NIF التي يبلغ حجمها 7500 متر. وتم تطوير أحدث تقنيات قياس البصريات وطلاءها وتشطيبها لتحمل أشعة الليزر عالية الطاقة في NIF، بالإضافة إلى طرق لتضخيم أشعة الليزر إلى مستويات الطاقة المطلوبة. ^{[ 86 ]} ومن بين الابتكارات التكنولوجية التي طورتها NIF: الزجاج المصبوب بشكل مستمر، والبلورات سريعة النمو، والمفاتيح البصرية المبتكرة، والمرايا القابلة للتشكيل . ^{[ 87 ]}

قامت سانديا، بخبرتها الواسعة في مجال توصيل الطاقة النبضية، بتصميم بنوك المكثفات المستخدمة لتغذية مصابيح الوميض، وأنجزت الوحدة الأولى في أكتوبر 1998. ولكن، ولدهشة الجميع، تعرضت وحدات تكييف الطاقة النبضية (PCMs) لأعطال في المكثفات أدت إلى انفجارات. تطلب ذلك إعادة تصميم الوحدة لاحتواء الحطام، ولكن نظرًا لصبّ الخرسانة مسبقًا، أصبحت الوحدات الجديدة متراصة بإحكام شديد، مما جعل الصيانة في الموقع مستحيلة. تبع ذلك إعادة تصميم أخرى، سمحت هذه المرة بإزالة الوحدات من أماكنها للصيانة. ^{[ 58 ]} أدت المشاكل المستمرة إلى مزيد من التأخير في العمليات، وفي سبتمبر 1999، ذكر تقرير محدّث لوزارة الطاقة الأمريكية أن مرفق الإشعال الوطني (NIF) يحتاج إلى ما يصل إلى 350  مليون دولار إضافية، وأن اكتماله لن يتم إلا في عام 2006. ^{[ 82 ]}

خلال هذه الفترة، لم تُرفع مشاكل مشروع NIF إلى المستويات الإدارية العليا. في عام ١٩٩٩، أبلغ وزير الطاقة آنذاك ، بيل ريتشاردسون، الكونغرس بأن مشروع NIF يسير وفق الجدول الزمني والميزانية المحددة، كما أفاد قادة المشروع. وفي أغسطس من ذلك العام، تبيّن أن كلا الادعاءين كانا بعيدين عن الحقيقة. ^{[ ٨٨ ]} وكما أشار مكتب محاسبة الحكومة (GAO) لاحقًا، "علاوة على ذلك، أكد مدير الليزر السابق في المختبر، الذي أشرف على مشروع NIF وجميع أنشطة الليزر الأخرى، لمديري المختبر ووزارة الطاقة والجامعة والكونغرس أن مشروع NIF ممول ومجهز بالكوادر الكافية، وأنه يسير وفق التكلفة والجدول الزمني المحددين، حتى مع إطلاعه على أدلة واضحة ومتزايدة تشير إلى وجود مشاكل خطيرة في المشروع". ^{[ 82 ]} أفادت فرقة عمل تابعة لوزارة الطاقة الأمريكية لريتشاردسون في يناير 2000 بأن "منظمات مشروع NIF فشلت في تطبيق إجراءات وعمليات إدارة البرامج والمشاريع بما يتناسب مع مشروع بحث وتطوير رئيسي... [وأنه] ...لا أحد يحصل على درجة النجاح في إدارة NIF: لا مكتب برامج الدفاع التابع لوزارة الطاقة، ولا مختبر لورانس ليفرمور الوطني، ولا جامعة كاليفورنيا". ^{[ 89 ]}

نظراً لمشاكل الميزانية، طلب الكونغرس الأمريكي مراجعة مستقلة من مكتب المحاسبة الحكومي. وقد أصدر المكتب تقريراً نقدياً في أغسطس/آب 2000، قدّر فيه أن التكلفة ستبلغ على الأرجح 3.9 مليار دولار، بما في ذلك تكاليف البحث والتطوير، وأن إنجاز المنشأة في الوقت المحدد أمرٌ مستبعد. ^{[ 82 ] [ 90 ]} وأشار التقرير إلى مشاكل إدارية تسببت في تجاوزات الميزانية، وانتقد البرنامج لعدم تخصيص ميزانية لتصنيع الأهداف، حيث تم إدراجها ضمن التكاليف التشغيلية بدلاً من تكاليف التطوير. ^{[ 88 ]}

في عام 2000، بدأت وزارة الطاقة الأمريكية مراجعة شاملة لإعادة تقييم الوضع الراهن بسبب التأخيرات التقنية ومشاكل إدارة المشروع، وقامت بتعديل الجدول الزمني والميزانية وفقًا لذلك. صرّح جون جوردون ، مدير الأمن النووي الوطني، قائلاً: "لقد أعددنا دراسة تفصيلية للتكاليف والجدول الزمني لإنجاز مشروع مرفق الإشعال الوطني... وتؤكد المراجعة المستقلة موقفنا بأن فريق إدارة مرفق الإشعال الوطني قد أحرز تقدمًا ملحوظًا وحلّ المشاكل السابقة". ^{[ 91 ]} عدّل التقرير تقدير الميزانية إلى 2.25  مليار دولار، باستثناء تكاليف البحث والتطوير ذات الصلة التي رفعت  التكلفة الإجمالية إلى 3.3 مليار دولار، وأجّل تاريخ الإنجاز إلى عام 2006 مع بدء تشغيل الخطوط الأولى في عام 2004. ^{[ 92 ] [ 93 ]} وفي تقرير لاحق صدر في العام التالي، رُفعت الميزانية إلى 4.2 مليار دولار، وحُدّد تاريخ الإنجاز إلى عام 2008.

حصل المشروع على فريق إدارة جديد ^{[ 94 ] [ 95 ]} في سبتمبر 1999، برئاسة جورج ميلر ، الذي عُيّن مديرًا مساعدًا بالإنابة لقسم الليزر. وتولى إد موسى ، الرئيس السابق لبرنامج فصل النظائر بالليزر باستخدام بخار الذرة (AVLIS) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL)، منصب مدير مشروع NIF. بعد ذلك، حظيت إدارة NIF بالعديد من التقييمات الإيجابية، والتزم المشروع بالميزانيات والجداول الزمنية التي أقرها الكونغرس. في أكتوبر 2010، منح معهد إدارة المشاريع المشروع لقب "مشروع العام" ، مشيرًا إلى NIF كمثالٍ بارز على كيفية تمكّن الإدارة المتميزة للمشاريع، عند تطبيقها بالشكل الأمثل، من توحيد فرق عالمية لإنجاز مشروع بهذا الحجم والأهمية بكفاءة. ^{[ 96 ]}

في مايو 2003، حقق مرفق الإشعال الوطني (NIF) أول تشغيل لحزمة من أربعة أشعة، مُنتجًا نبضة أشعة تحت حمراء بقوة 10.4 كيلوجول في خط شعاع واحد. ^{[ 45 ]} وفي عام 2005، أنتجت الأشعة الثمانية الأولى 153 كيلوجول من الأشعة تحت الحمراء، متجاوزةً بذلك ليزر أوميغا ليصبح الليزر الأعلى طاقةً على كوكب الأرض (لكل نبضة). وبحلول يناير 2007، اكتملت جميع وحدات الاستبدال الخطي (LRUs) في غرفة المذبذب الرئيسي (MOOR)، وتم تركيب غرفة الحاسوب. وبحلول أغسطس 2007، اكتمل تشغيل 96 خط ليزر، وبلغ إجمالي طاقة الأشعة تحت الحمراء المُطلقة أكثر من 2.5 ميغا جول. وهذا يزيد عن 40 ضعفًا عن الطاقة التي كان يعمل بها ليزر نوفا عادةً عندما كان أكبر ليزر في العالم. ^{[ 97 ]}

في عام 2005، خلصت مراجعة مستقلة أجرتها المجموعة الاستشارية الدفاعية لمشروع جيسون، والتي كانت إيجابية بشكل عام، إلى أن "التحديات العلمية والتقنية في مثل هذا النشاط المعقد تشير إلى أن النجاح في المحاولات المبكرة للإشعال في عام 2010، وإن كان ممكنًا، إلا أنه غير مرجح". ^{[ 98 ]} في 26 يناير 2009، تم تركيب وحدة الاستبدال الخطي الأخيرة (LRU)، ^{[ 99 ]} مما أدى إلى اكتمال البناء بشكل غير رسمي. ^{[ 100 ]} في 26 فبراير 2009، أطلق مرفق الإشعال الوطني (NIF) جميع أشعة الليزر الـ 192 في حجرة الهدف. ^{[ 101 ]} في 10 مارس 2009، أصبح مرفق الإشعال الوطني (NIF) أول ليزر يكسر حاجز الميغا جول، حيث أطلق 1.1  ميغا جول من ضوء الأشعة فوق البنفسجية، المعروف باسم 3ω (من توليد التوافقي الثالث )، إلى مركز حجرة الهدف في نبضة إشعال مُشكّلة. ^{[ 102 ]} أطلق الليزر الرئيسي 1.952  ميغا جول من الأشعة تحت الحمراء. ^{[ 103 ]}

في 29 مايو 2009، تم افتتاح مرفق الإشعال الوطني (NIF) في حفل حضره الآلاف. ^{[ 104 ]} أُطلقت أولى طلقات الليزر على هدف في تجويف الإشعاع (hohlraum) في أواخر يونيو. ^{[ 8 ]}

الحملة الوطنية للإشعال 2010-2012

بعد اكتمال أعمال الإنشاء الرئيسية، أطلق مشروع الإشعال الوطني (NIF) حملته الوطنية للإشعال (NIC) بهدف تحقيق الإشعال. في ذلك الوقت، نُشرت مقالات في المجلات العلمية تُشير إلى أن الإشعال بات وشيكًا. افتتحت مجلة ساينتفك أمريكان مقالًا استعراضيًا عام 2010 بعبارة: "الإشعال قريب الآن. في غضون عام أو عامين..." ^{[ 108 ]}

أُجري الاختبار الأول في 8 أكتوبر 2010، عند طاقة تزيد قليلاً عن 1  ميغا جول. ومع ذلك، أدت المشاكل إلى إبطاء التقدم نحو طاقات الليزر عند مستوى الاشتعال في نطاق 1.4-1.5 ميغا جول.

تمثلت إحدى المشكلات في احتمال حدوث تلف نتيجة ارتفاع درجة الحرارة بسبب زيادة تركيز الطاقة على المكونات البصرية. ^{[ 109 ]} وشملت المشكلات الأخرى صعوبة وضع طبقات الوقود داخل الهدف، ووجود كميات ضئيلة من الغبار على سطح الكبسولة. ^{[ 110 ]}

استمر مستوى الطاقة في الارتفاع، وأصبحت الأهداف أكثر تعقيدًا. ثم ظهرت كميات ضئيلة من بخار الماء في حجرة الهدف وتجمدت على النوافذ الموجودة على طرفي تجاويف التفجير، مما تسبب في انفجار داخلي غير متماثل. تم حل هذه المشكلة بإضافة طبقة ثانية من الزجاج على كلا الطرفين، مما أدى فعليًا إلى إنشاء نافذة عازلة . ^{[ 110 ]}

توقفت عمليات التصوير من فبراير إلى أبريل 2011 لإجراء تجارب على مواد SSMP. بعد ذلك، جرى تحديث مرفق الإشعال الوطني (NIF)، مما أدى إلى تحسين أجهزة التشخيص والقياس. أُضيف نظام القدرة الإشعاعية المتقدمة (ARC)، الذي يستخدم 4 من أصل 192 شعاعًا في NIF كإضاءة خلفية لتصوير تسلسل الانفجار الداخلي. يُعد ARC في الأساس ليزرًا من فئة البيتاواط، حيث تتجاوز ذروة طاقته كوادريليون (10^ ¹⁵ ) واط. وهو مصمم لإنتاج أشعة سينية أكثر سطوعًا واختراقًا وأعلى طاقة. أصبح ARC أعلى ليزر نبضي قصير الطاقة في العالم، قادرًا على توليد نبضات ليزرية مدتها بيكوثانية لإنتاج أشعة سينية عالية الطاقة في نطاق 50-100 كيلو إلكترون فولت. ^{[ 111 ]}

استؤنفت عمليات تشغيل NIC في مايو 2011 بهدف تحديد توقيت موجات الصدمة الليزرية الأربعة التي تضغط هدف الاندماج بدقة أكبر.

في يناير 2012، توقع مايك دان، مدير برنامج طاقة الاندماج الليزري في مرفق الإشعال الوطني (NIF)، تحقيق الإشعال في المرفق بحلول أكتوبر. ^{[ 112 ]} وفي الشهر نفسه، أطلق المرفق رقماً قياسياً بلغ 57 نبضة. ^{[ 113 ]} وفي 15 مارس، أنتج المرفق نبضة ليزرية بقوة ذروة بلغت 411 تيراواط. ^{[ 114 ]} وفي 5 يوليو، أنتج نبضة أقصر بطاقة 1.85 ميغا جول وقوة أعلى بلغت 500 تيراواط. ^{[ 115 ]}

خضعت شركة NIC لمراجعة دورية. نُشرت المراجعة السادسة في 19 يوليو 2012. ^{[ 116 ]} أشاد التقرير بجودة المنشأة: الليزر، والبصريات، والأهداف، والتشخيص، والعمليات. ومع ذلك:

ومع ذلك، فإن الاستنتاج المتكامل المبني على هذه الفترة الطويلة من التجارب هو أنه يجب التغلب على عقبات كبيرة للوصول إلى الاشتعال أو هدف رصد التسخين ألفا بشكل قاطع. في الواقع، يشير المراجعون إلى أنه بالنظر إلى المجهولات في النهج "شبه التجريبي" الحالي، فإن احتمال الاشتعال قبل نهاية ديسمبر منخفض للغاية، بل إن هدف إثبات التسخين ألفا بشكل لا لبس فيه يمثل تحديًا. ^{[ 116 ] : 2}

علاوة على ذلك، أعرب التقرير عن قلق بالغ إزاء الفجوات بين الأداء المرصود ونماذج المحاكاة، مما يشير إلى محدودية فائدة هذه النماذج. وعلى وجه التحديد، وجد التقرير قصورًا في القدرة التنبؤية لتدفق الإشعاع إلى الكبسولة، ونقصًا في نمذجة تفاعلات الليزر مع البلازما. إذ لم يتجاوز الضغط نصف إلى ثلث الضغط اللازم للاشتعال، وهو أقل بكثير من القيم المتوقعة. وناقش التقرير أيضًا اختلاط مادة التبخير مع وقود الكبسولة، والذي يُعزى على الأرجح إلى عدم استقرار ديناميكيات الموائع على السطح الخارجي لمادة التبخير. ^{[ 116 ]}

اقترح التقرير استخدام طبقة عازلة أكثر سمكًا، على الرغم من أن ذلك سيزيد من قصورها الذاتي. وللحفاظ على سرعة الانفجار المطلوبة، اقترحوا زيادة طاقة مرفق الإشعال الوطني (NIF) إلى 2 ميغا جول. وتساءل التقرير عما إذا كانت هذه الطاقة كافية لضغط كبسولة كبيرة بما يكفي لتجنب حد الخلط والوصول إلى الاشتعال. ^{[ 117 ]} وخلص التقرير إلى أن الاشتعال خلال عام 2012 كان "مستبعدًا للغاية". ^{[ 116 ]}

انتهى عمل المركز الوطني للصناعات الكيميائية (NIC) رسميًا في 30 سبتمبر 2012. وأشارت تقارير إعلامية إلى أن المركز الوطني للمرافق (NIF) سيحول تركيزه نحو أبحاث المواد. ^{[ 118 ] [ 119 ]}

في عام ٢٠٠٨، بدأ مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL ) برنامج طاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري (LIFE)، لاستكشاف سبل استخدام تقنيات مرفق الإشعال الوطني (NIF) كأساس لتصميم محطة طاقة تجارية. انصب التركيز على أجهزة الاندماج الخالص، مع دمج التقنيات التي تطورت بالتوازي مع NIF والتي من شأنها تحسين أداء التصميم بشكل كبير. ^{[ ١٢٠ ]} في أبريل ٢٠١٤، انتهى برنامج LIFE. ^{[ ١٢٠ ]}

أنتجت تجربة اندماج نووي في مرفق الإشعال الوطني (NIF) بتاريخ 27 سبتمبر 2013 طاقةً أكبر مما امتصه وقود الديوتيريوم-التريتيوم . ^{[ 121 ]} وقد تم الخلط بين هذه النتيجة وبين الوصول إلى " نقطة التعادل العلمي "، ^{[ 122 ] [ 123 ]} والتي تُعرَّف بأنها طاقة الاندماج التي تتجاوز طاقة إدخال الليزر. ^{[ 124 ]} وباستخدام هذا التعريف، نحصل على 14.4  كيلوجول ناتجة و1.8  ميجاجول مُدخلة، بنسبة 0.008. ^{[ 121 ]}

في عام 2013، حوّل مرفق الإشعال الوطني (NIF) تركيزه إلى أبحاث المواد والأسلحة. وبدأت التجارب في السنة المالية 2015 باستخدام أهداف من البلوتونيوم-242 . ^{[ 125 ]} وتراوحت كمية البلوتونيوم المستخدمة من أقل من مليغرام واحد إلى 10 مليغرامات. ^{[ 126 ]} لا ينشطر هذا النظير بفعل النيوترونات الانشطارية التلقائية، ولكنه ينشطر ضوئيًا بواسطة أشعة غاما ذات طاقة تقارب 5 ميغا إلكترون فولت. وفي ظل تكوينات معينة، يمكن لمرفق الإشعال الوطني توليد فوتونات بطاقة 10 ميغا إلكترون فولت. ^{[ 127 ]}

نظرياً، تسمح معاهدة الحظر الشامل للتجارب النووية بإجراء اختبارات الانفجار الكيميائي عالي الطاقة للبلوتونيوم-242 لدراسة أسلحة الانشطار . ومن المرجح أن تحاكي تجارب مرفق الإشعال الوطني (NIF) ضغط شمعة الإشعال البلوتونيومية في المرحلة الثانية من سلاح نووي حراري .

في السنة المالية 2014، نفّذت منشأة الإشعال الوطنية 191 طلقة ليزر، أي ما يزيد قليلاً عن طلقة واحدة كل يومين. وبحلول أبريل 2015، كانت المنشأة تسير على المسار الصحيح لتحقيق هدفها المتمثل في 300 طلقة ليزر في السنة المالية 2015. ^{[ 128 ]}

في 28 يناير 2016، نفّذ مرفق الإشعال الوطني (NIF) بنجاح أول تجربة له باستخدام أنبوب غاز لدراسة امتصاص كميات كبيرة من ضوء الليزر داخل أهداف طولها سنتيمتر واحد (0.39 بوصة) ذات صلة بالاندماج بالقصور الذاتي المغناطيسي عالي الكسب (MagLIF). وللتحقق من الجوانب الرئيسية لانتشار طاقة الليزر واستقرارها وكفاءتها على نطاق واسع لتصميمات أهداف MagLIF عالية الكسب، استُخدمت وحدة رباعية واحدة من NIF لتوصيل 30 كيلوجول من الطاقة إلى هدف خلال نبضة مُشكّلة مدتها 13 نانوثانية. وكانت البيانات المُسترجعة مُرضية. ^{[ 129 ]} 

في عام 2018، تم إثبات تحسينات في التحكم في عدم تناسق الضغط في تجربة ذات ناتج قدره 1.9 × 10^ ¹⁶ نيوترون، مما أدى إلى إطلاق 0.054 ميغا جول من طاقة الاندماج بواسطة نبضة ليزرية قدرها 1.5 ميغا جول. ^{[ 130 ]}

في الفترة من أبريل إلى أكتوبر 2019، أجريت اختبارات ضغط متدرج على البلوتونيوم-242. وقد استخدمت هذه الاختبارات علم البلورات بالأشعة السينية لدراسة الأطوار البلورية للبلوتونيوم، وتحديد معادلة حالته . ^{[ 131 ]}

أسفرت التجارب التي أُجريت في عامي 2020 و2021 عن أول بلازما مشتعلة في العالم ، حيث نتج معظم تسخين البلازما عن تفاعلات الاندماج النووي. ^{[ 12 ]} تبع ذلك في 8 أغسطس/آب 2021 أول بلازما مشتعلة في العالم ، حيث كان تسخين الاندماج كافيًا لاستمرار التفاعل النووي الحراري. ^{[ 132 ] [ 133 ]} وقد أنتجت هذه التجربة فائضًا من النيوترونات يتوافق مع تفاعل متسلسل قصير الأمد يبلغ حوالي 100 جزء من تريليون من الثانية (أي 100 بيكو ثانية أو 0.1 نانو ثانية). ^{[ 134 ] [ 135 ]}

قُدِّرَت نسبة طاقة الاندماج الناتجة عن تجربة عام 2021 بنحو 70% من طاقة الليزر الساقطة على البلازما. وقد تجاوزت هذه النتيجة الرقم القياسي السابق البالغ 67% الذي سجله جهاز JET الحلقي عام 1997. ^{[ 136 ]} وبأخذ كفاءة طاقة الليزر نفسه في الاعتبار، استخدمت التجربة حوالي 477 ميغا جول من الطاقة الكهربائية لتوجيه 1.8 ميغا جول من الطاقة إلى الهدف، مما أدى إلى توليد 1.3 ميغا جول من طاقة الاندماج. ^{[ 12 ]}

أتاحت عدة تغييرات في التصميم تحقيق هذه النتيجة. فقد استُبدل غلاف الكبسولة بمادة الماس لزيادة امتصاص الأشعة السينية الثانوية الناتجة عن نبضة الليزر، مما زاد من فعالية الانهيار، كما جرى تنعيم سطحه. وتم تصغير حجم الفتحة الموجودة في الكبسولة والمستخدمة لحقن الوقود. كما تم تقليص حجم الفتحات الموجودة في الأسطوانة الذهبية المحيطة بالكبسولة لتقليل فقد الطاقة. وتم تمديد نبضة الليزر. ^{[ 137 ]}

أصبح مرفق الإشعال الوطني (NIF) أول تجربة اندماج نووي تحقق نقطة التعادل العلمي في 5 ديسمبر 2022، حيث أنتجت التجربة 3.15 ميغا جول من الطاقة من مدخلات ضوء الليزر التي بلغت 2.05 ميغا جول، محققةً بذلك زيادة في الطاقة تُقدّر بنحو 1.5. ^{[ 1 ] [ 13 ] [ 138 ] [ 14 ] [ 139 ]} وفي بيانٍ عامٍّ صدر في 13 ديسمبر، أعلنت وزيرة الطاقة جينيفر غرانولم أن المرفق قد بدأ عملية الإشعال. ^{[ 140 ]} وعلى الرغم من أن هذا غالبًا ما يُوصف بأنه "زيادة صافية في الطاقة" من الاندماج النووي، إلا أن هذا الوصف ينطبق فقط على الطاقة التي يُنتجها الليزر؛ إذ أغفلت بعض التقارير مدخلات الطاقة التي تُقدّر بنحو 400 ميغا جول اللازمة لتشغيل المرفق. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 141 ]}

تطلّب هذا الإنجاز استخدام كبسولة أكثر سمكًا ونعومةً تُحيط بالوقود، وليزرًا بقوة 2.05 ميغا جول (مقارنةً بـ 1.9 ميغا جول في عام 2021)، مما أسفر عن طاقة قدرها 3.15 ميغا جول، أي بزيادة قدرها 54%. ^{[ 142 ]} كما أعادوا توزيع الطاقة بين حزمتي الليزر المنقسمتين، مما أدى إلى انضغاط أكثر تماثلًا (كرويًا). ^{[ 2 ]}

حقق مرفق الإشعال الوطني (NIF) نقطة التعادل للمرة الثانية في 30 يوليو 2023، مُنتجًا 3.88 ميغا جول، أي بفائض قدره 89%. ^{[ 143 ] [ 144 ]} وقد حققت أربع تجارب على الأقل من أصل ست تجارب أُجريت بعد التجربة الناجحة الأولى في ديسمبر 2022 نقطة التعادل. ^{[ 145 ]} وقد دفعت هذه النجاحات وزارة الطاقة الأمريكية إلى تمويل ثلاثة مراكز بحثية إضافية. ^{[ 144 ]} وأسفرت تجربة أُجريت في فبراير 2024 عن إنتاج 5.2 ميغا جول من مدخلات بلغت 2.2 ميغا جول، أي بفائض قدره 136%. وفي عام 2025، وصلت التجارب إلى 8.6 ميغا جول. ^{[ 146 ]}