A világ egyik legnagyobb energiakutató központja, az amerikai Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) National Ignition Facility (NIF) létesítménye ismét izgalmas hírekkel szolgált a fúziós energia területén. A 2022 decemberében elért, akkoriban történelmi jelentőségű nettó-pozitív energiahozamot jelentő kísérletek után most újabb, még jelentősebb eredményt értek el: a nettó energiahozam több mint kétszeresére nőtt. Ez a fejlődés egyre inkább megközelíti az ipari méretű, gyakorlati alkalmazást, amely hosszú évek óta az energiaforrások közötti szent grálként lebeg a tudósok szeme előtt.

Új csúcs az energiatermelésben

A 2022 decemberi kísérlet során a NIF-ben egy lézersugárcsatornából bejuttatott 2,05 megadzsul (MJ) energiával egy deuterium–trícium üzemanyaggal töltött gyémántbevonatú kapszulát bombáztak, amely 3,15 MJ nettó energiát termelt – azaz először sikerült túllépni a hasznos energiában az energiabevitelt. Az újabb fejlesztések során ezt a hozamot először 5,2 MJ-ra, majd lenyűgöző 8,6 MJ-ra növelték, ami több mint négyszerese az eredeti beviteli energiának, miközben az utolsó, hivatalosan közölt kísérlet már 3,5 MJ nettó energianyereséget ért el, önmagában meghaladva a pelletre fókuszált lézerenergia-mennyiséget.

Hogyan működik a NIF inertial confinement fusion rendszere?

A NIF-ben hideg lézerek helyett rendkívül intenzív, ultrarövid impulzusú lézersugarakat használnak. Összesen 192 ilyen lézerfény koncentrálódik egy apró, belső aranyfelületű henger (ún. hohlraum) közepén elhelyezett kis kapszulára, amelyben a fúziós üzemanyag található. Az aranyhenger belső falai átalakítják a lézersugarakat röntgenfotonokká, melyek egyenletesen és extrém gyorsan préselik össze a kapszulát. Ez a lépés hozza létre a fúziós rohamot, amikor az üzemanyag plazmává alakul, a deutérium és trícium atommagok pedig összeolvadnak, és hatalmas energiát szabadítanak fel – mintha egy miniatűr Napot idéznének elő a laborban.

Milyen akadályok állnak az ipari alkalmazás előtt?

Bár már most is meghaladja a pelletben keletkező energia a lézerrendszerbe bevitt energiát, a teljes létesítmény működtetéséhez szükséges elektromos energia még mindig nagyságrendileg több ennél. A jelenlegi lézertechnológiák hatásfoka nem ideális, mivel túl nagy az energia veszteség a villamos energia és a lézerfény közötti átalakításban. Emellett az egyszeri siker mellett még nem sikerült megvalósítani az ismétlődő, folyamatos működést, amely elengedhetetlen a valódi energiaipari alkalmazáshoz. A kísérleti berendezések és a célkapszulák előállításának költsége szintén magas, így jelentős fejlesztések szükségesek mind a hatékonyság, mind a költséghatékonyság területén.

A fúziós energiakutatás nem csak NIF, de más frontokon is zajlik

Miközben a NIF a lézeres, ún. inertial confinement fusion (ICF) módszer mestere, máshol a mágneses plazmatartás (tokamakok és stellarátorok) áll a fókuszban, például az ITER és Wendelstein 7-X projekt keretében. Ezek az eszközök a plazmát erős mágneses mezőkkel fogják be hosszabb ideig, de eddig még egyikük sem ért el nettó pozitív hozamot. Eközben a magánszférában startup vállalatok – mint az Xcimer Energy vagy a Focused Energy – új, innovatív lézer- és kapszulatechnológiák fejlesztésével kívánják gyorsítani a fúziós energia megvalósulását, ígéretes és kompaktabb rendszereket ígérve.

Miért olyan fontos a fúziós energia?

A fúziós energia forrása gyakorlatilag kimeríthetetlen, hiszen a tengervízben található deutérium szinte végtelen mennyiségben elérhető, és a lítiumból előállított trícium is rendelkezésre áll. Emellett a fúzió során keletkező radioaktív hulladék mennyisége minimális, és a láncreakció kockázata teljesen hiányzik, így rendkívül biztonságos és környezetbarát energiaforrás lehet. Ezáltal a fúziós energiának az energiaátmenet egyik kulcsfontosságú elemeként kell szerepelnie a globális energiatermelés jövőjében.

Összegzés

A Lawrence Livermore NIF legfrissebb, lenyűgöző kísérleti eredményei újra megerősítették: a lézerindukált fúziós energia termelése nem csupán elméleti lehetőség, hanem a valóság felé egyre közelebb álló technológia. Fontos lépéseket tettek a nettó pozitív hozam tartós elérésében, ám a gyakorlati, ipari szintű alkalmazáshoz még számos műszaki kihívást kell megoldani. A következő évek fókuszában a lézerhatékonyság növelése, az ismétlődő üzemi ciklusok beindítása és a költségek drasztikus csökkentése áll majd. Ha ezen akadályok leküzdhetők, a fúziós energia valóban forradalmasíthatja az energiaipart, és zöld, biztonságos, és szinte kimeríthetetlen energiaforrássá válhat az emberiség számára.

Ha többet szeretnél megtudni a NIF kutatásairól, érdemes ellátogatni a Lawrence Livermore National Laboratory hivatalos oldalára, ahol részletesebb információkat és friss híreket találsz.