Új szintre emelték a lézeres fúziót: először nyertek ki több energiát, mint amennyit beletettek

Amerikai kutatók először érték el laboratóriumi körülmények között azt, hogy fúziós kísérlet során több energiát nyerjenek ki a folyamatból, mint amennyit beletettek, vagyis pozitív legyen a folyamat energiamérlege. A kísérlet a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban zajlott december 5-én. A laboratórium kulcsszerepet játszik az Egyesült Államok nukleáris fegyvereinek fejlesztésében és karbantartásában. A laboratórium része a National Ignition Facility (NIF), ahol a fúziós kísérletek zajlanak, komoly fókusszal a katonai felhasználásra, ami egyébként a fúziós áttörést bejelentő sajtótájékoztatón is egyértelműen előtérbe került.

A 3,5 milliárd dollárból megépült NIF fő célja olyan kísérletek lebonyolítása, amelyek segítségével az Egyesült Államok kísérleti robbanások nélkül karbantarthatja és fejlesztheti nukleáris fegyvereit. Ez egyben a fúziós tudományos kutatást is előmozdíthatja, ami végül akár lézeres fúziós erőművek megalkotásához is vezethet. Itt azonban még most sem tartunk, annak ellenére, hogy a pozitív energiamérleg mindenképpen nagyon fontos tudományos áttörés.

„Ez egy jelentős tudományos eredmény, még akkor is, ha nem jelent fúziós energiatermelést azonnal”

– mondta a Telexnek Zoletnik Sándor, az Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Plazmafizika Laboratóriumának vezetője.

„Ezt a fajta fúziót, amivel most az áttörést elérték, inerciális fúziónak nevezik: deutérium-trícium kapszulát nyomnak össze és hevítenek fel, ez indítja be a fúziót.” A hevítést épületnyi nagyságú lézerek végzik. „Azt is érdemes megjegyezni, hogy a lézerbe százötvenszer több energia került, mint amennyi a lézerfénybe került” – mondta a szakértő. Így nettóban még mindig veszteséges a folyamat, ezen azonban a jövőben hatékonyabb lézerekkel segíteni lehet.

A Livermore 2012 óta igyekszik elérni ezt az eredményt, tíz év alatt azonban most sikerült először eljutni odáig, hogy valóban pozitív energiamérleggel záruljon egy kísérlet. Tavaly ugyan sikerült megközelíteni a célt, de ez csak a lézer által betáplált energia 60 százalékát jelentette. Most 150 százalékos hatásfokkal dolgozott a berendezés, a lézerek 2,05 megajoule energiát bocsátottak ki, a kapszula pedig nagyjából 3,15 megajoule-t termelt. Ahhoz azonban, hogy a lézer működni tudjon, 300 megajoule energiára volt szükség.

Zoletnik Sándor szerint elméletileg, a modellezések alapján akár százszor több energiát is ki lehet nyerni egy ilyen fúziós folyamatból, csakhogy gyakorlatban még nem sikerült eljutni idáig. A NIF kutatói a modellezések alapján 2012-ben biztosak voltak benne, hogy sikerülni fog a pozitív energiamérleg, de kiderült, hogy ezek a számítások sok helyen nem váltották be a hozzájuk fűzött reményeket. A tavalyi áttörést sem sikerült egy teljes évig reprodukálni, mint később kiderült, az üzemanyag-kapszulák felületével volt a fő probléma: ezeknek ugyanis nagyon simának és precíznek kell lenniük, ha nem azok, nem elég hatékony a fúziós folyamat.

„Azt érdemes tudni, hogy ma ezzel a technológiával egy nap alatt egyetlen kísérletet lehet elvégezni. Ahhoz, hogy jelentős energiát lehessen kinyerni a folyamatból, jobb hatásfokú lézerekre lesz szükség, illetve olyanra, amely képes másodpercenként tíz ilyen robbantást előidézni” – mondta a szakértő.

Az is megoldandó probléma, hogy a kísérlet során keletkező neutronok és egyéb melléktermékek ne sértsék meg a nagyon kifinomult berendezést, a lézernyalábokat irányító lencsék ugyanis például nagyon sérülékenyek. Ezen kívül a jövő fúziós erőműveinek üzemanyaga deutérium és trícium lesz, utóbbit meg kell majd termelni, amihez speciális eszközökre, többek között lítiummal töltött köpenyre lesz szükség. Egyértelmű tehát, hogy az erőművi felhasználás még messze van, de a lézeres fúzió területén nagyon fontos lépést tettek most az amerikaiak.

„Fontos leszögezni, hogy egyetlen kapszulánál sikerült mindezt elérni egyetlen alkalommal, még mindig évtizedekre vagyunk attól, hogy erőművi technológia legyen az inerciális fúzió. A mágneses fúzió technológiai szempontból sokkal előrébb tart ahhoz, hogy reaktort építsenek belőle” – mondta Kim Budil, a laboratórium igazgatója a bejelentéskor.

Az inerciális fúzió mellett a másik kutatási ág a mágneses fúzió, ahol óriási szupravezető mágnesekkel tartják tartósan egyben a fúzióhoz szükséges forró anyagot. Ez sokkal alacsonyabb nyomással dolgozik, folytonosabban működtethető mint az inerciális fúzió, és technológiai fejlődésben sokkal előrébb is jár: ilyen próbaerőmű lesz az ITER is Franciaországban.

„A mágneses fúziót ráadásul nem lehet katonai célokra felhasználni, a tudományos eredményeket a szakma megosztja, együttműködünk egymással” – mondta Zoletnik Sándor. Hozzátette, hogy a katonai célok miatt is kap olyan magas finanszírozást a laboratórium, ami pedig egyértelműen segíti a tudományos munkát is. Azt egyelőre nem lehet tudni, az amerikaiak mennyit fognak megosztani a saját eredményeikből: a tudományos adatokat biztosan, de a berendezések részletei valószínűleg titokban maradnak.