A kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban végzett kísérletek mérföldkövet jelentettek a fúziós energia hasznosítására irányuló több évtizedes kutatásban. A kísérletek során magfúzióval pótolni tudták a plazmaállapotú anyag sugárzási és hővezetési veszteségét. A kutatók 192 lézersugarat irányítottak a körülbelül két milliméter átmérőjű kapszulára, amely a hidrogén két izotópjából, deutériumból és tríciumból álló üzemanyaggal volt megtöltve. A lézerek az anyagot olyan forró plazmaállapotba vitték, amikor a deutérium és a trícium héliummá egyesül egy neutron létrejötte és energia felszabadulása mellett. (A plazma a szilárd, folyékony és gázhalmazállapotok mellett a negyedik különleges halmazállapot.)
– Ha tábortüzet akarsz gyújtani, olyan hőre van szükség, ami a fát lángra lobbantja és biztosítja a folyamatos égést – idézte a Reuters.com Alex Zylstrát, a Lawrence Livermore National Laboratory kísérleti fizikusát, a Nature folyóiratban megjelent kutatás szerzőjét. Ez egy jó analógia az égő fúziós plazmára. Az égő fúziós plazma azt az állapotot jelzi, amikor a fúzióval létrejött héliumatommagok keletkezése során felszabaduló energia már gyorsabban hevíti az üzemanyagot, mint ahogy a veszteségi mechanizmusok hűtenék.
A fúzió megköveteli, hogy az üzemanyagot hihetetlenül felforrósítsák, hiszen a fúzióhoz körülbelül százmillió fokra van szükség. Évtizedek óta képesek vagyunk fúziós reakciókat előidézni, de ott még nem tartunk, hogy a fúziónak köszönhetően több energia keletkezzen, mint amennyit befektettünk. Zylstra szerint a kísérlet során most először az üzemanyagban fellépő fúziós reakciók biztosították a fűtés nagy részét – így a fúzió kezd dominálni. Ez egy új helyzet.
A fosszilis tüzelőanyagok elégetésével vagy a meglévő atomerőművek hasadási folyamatával ellentétben a fúzió bőséges energiát kínál szennyezés, radioaktív hulladék vagy üvegházhatású gázok nélkül. Az atommaghasadás energiája a nagy atommagok (leginkább urán) hasadásából, míg a fúziós energia a kis atommagok összeolvadásából származik, ahogy az a csillagok belsejében, beleértve a Napunkban is végbemegy. Több tucat vállalat és intézmény szintén a fúziós energiában látja a jövőt, mint ahogy néhány olajtársaság pénzzel támogatja a kísérleteket.
–A fúziós energia a tiszta, korlátlan energia Szent Grálja – mondta Annie Kritcher, a Lawrence Livermore National Laboratory munkatársa, a National Ignition Facilityben 2020–21-ben végzett kísérletek vezető tervezője. Ezekben a kísérletekben a fúzió körülbelül tízszer annyi energiát termelt, mint amennyit az üzemanyag felmelegítésére fordítottak, de a teljes felhasznált energia kevesebb mint tíz százalékát állították elő, ami azt jelenti, hogy a folyamat továbbra sem hatékony. A lézerimpulzus hossza körülbelül tíz nanoszekundum (a nanoszekundum a másodperc milliárdod része) volt, míg a fúziós energiatermelés 0,1 nanoszekundum alatt végbement. Zylstra szerint ahhoz, hogy a fúziót fenntartható módon használhassuk energiatermelésre, nagyon sok feladatot kell megoldani. Rendkívül összetett technológiai kihívásról van szó, komoly befektetésekre és innovációra lesz szükség ahhoz, hogy gazdaságos legyen. A jelenlegi berendezés legfeljebb napi egy kísérletet tud végezni, míg egy erőműben másodpercenként tízre lenne szükség. Az energiatermelő fúziót évtizedes léptékű kihívásnak tekinti, mire életképes energiaforrás lehet belőle.
A lézeres fúzió mellett mágneses plazmaberendezésekkel is sok fejlesztés zajlik. A világméretű összefogásban, jelentős magyar részvétellel a 2025 körül induló ITER kísérlet lesz az első, amely várhatóan reaktorkörülmények között demonstrálja a fúziós energiatermelést.
Borítókép: Most először az üzemanyagban fellépő reakciók biztosították a fűtés nagy részét (Fotó: Reuters/Damien Jemison)
