Megdőlt a fúziós energia rekordja, több mint tízbilliárd wattos teljesítményt sikerült elérni

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Kutatók rekordméretű energiakitörést értek el a magfúzió létrehozásának nem szokványos módszerével. Ahelyett, hogy a máshol bevett zárt tárolót használták volna, a világ legnagyobb lézersugaraival lőttek egy kis hidrogéngömböcskére (pelletre). Az eredmény: 10 billiárd wattos – azaz tízszer 1015, másképp mondva tízmilliószor milliárd wattos – teljesítmény.

A mindössze borsó méretű hidrogénpelletre 192 óriás lézert irányítottak az észak-kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL) kutatói, ezáltal 1,3 megajoule energia szabadult fel egy másodperc száz-billiomod része alatt. Ez körülbelül a 10 százalékát teszi ki annak az energiamennyiségnek, amit a Nap küld a Föld felé minden pillanatban. Még fontosabb, hogy a felszabaduló energia mintegy 70 százaléka annak az energiának, amit a gömböcske elnyelt a lézerekből, a fúziós kutatások célja ugyanis az energiatöbblet, azaz hogy a pellet az elnyelt energia 100 százalékát vagy annál is több energiát bocsásson ki.

A kísérletben azonban máris jóval nagyobb energiahozamot értek el, mint amire számítottak, és messze meghaladták a februárban felállított korábbi, 170 kilojoule-os rekordot.

A kísérletet a Livermore-laboratórium National Ignition Facility (NIF) nevű részlegében vitték véghez, amelynek fő küldetése a magfúziós fegyverekkel kapcsolatos kutatás. A kutatók remélik, hogy az eredmény új távlatokat nyit a magfúziós fegyver létrehozása felé, illetve új módszer lehet arra, hogy a magfúzióból energiát nyerjenek – éppen úgy, ahogy a Nap és a többi csillag.

A fúziós reaktorok a magegyesülést, vagyis a magfúziót használják energiatermelésre, ez zajlik a Napban is, ahol hidrogénatomok egyesüléséből hélium keletkezik, aminek hatására hő termelődik, és energia szabadul fel. Mivel a fúziós reaktorokkal viszonylag biztonságosan és olcsón lehetne energiát előállítani, némely tudós szerint ez az energiatermelés jövője. Ugyanakkor – éppen azért, mert egyelőre nem sikerül több energiát visszanyerni a belefeccöltnél – még évtizedekbe telhet, mire ezt a technológiát sikerül hasznosítani.

Az LLNL igazgatója, Kim Budil mindenesetre történelmi lépésnek nevezte a most közölt eredményeket a tehetetlenségi (más néven inericális) fúziókutatásban, amelyek szerinte új korszakot nyitnak „legfontosabb nemzetbiztonsági küldetéseink” továbbfejlesztésében.

Fúzió tokamak nélkül

A csillagokban többféle elem egyesülhet, például a szén és az oxigén is, legfőbb energiaforrásuk azonban a hidrogén fúziója és héliummá alakulása. Mivel a csillagok hatalmasak, és óriási a gravitációjuk, a fúziós folyamat nagyon nagy nyomáson megy végbe a csillag belsejében. 

A fúziós energitermelést célzó földi erőfeszítések, például a koreai és kínai mesterséges napok vagy a Franciaorszában épülő, gigantikus ITER ehelyett a tokamak nevű, fánk alakú tartályt használják arra, hogy a magas hőmérsékletű, plazma halmazállapotú, neutronban gazdag hidrogént erős mágneses mezőben tartsák.

Az EAST tokamak a kínai Hofejben, ahol idén májusban 120 millió fokon sikerült tartani a plazmát 101 másodpercen keresztülFotó: LIU JUNXI/Xinhua via AFP

Kutatók és mérnökök hada több mint 60 éve igyekszik a fenntartható magfúzió létrehozására a tokamakkal, és bár újabb és újabb rekordok dőlnek, ezek az eredmények csak közepes sikernek tekinthetők. Egyes optimista kutatók úgy gondolják, hogy az áttörést már néhány éven belül elérik, a magyar szakemberek közreműködésével épülő ITER-ben mindenesetre 2035-nél előbbre nem ígérik a fenntartható fúziót.

A NIF-ben kidolgozott módszer tokamak nélkül éri el a magfúziót. Helyette három futballpálya méretű lézerfény-erősítőkkel fókuszálja a lézernyalábokat a 10 méteres gömbalakú, fém céltartályban elhelyezett hidrogénpelletekre. A világ legerősebbjei közé tartozó lézerek 4 megajoule energiát képesek generálni.

A NIF lézererősítői 2012-ben, amikor még 500 terawatt (500-szor 1012 watt) volt a csúcsteljesítmény.Fotó: Wikimedia Commons

A módszert eredetileg arra tervezték, hogy a kutatók a termonukleáris fegyverekben – a hidrogénbombákban – lévő hidrogén viselkedését tanulmányozhassák, de egyes kutatók úgy gondolják, hogy a fúziós energia előállítására is használható.

A NIF-ben alkalmazott módszer mostani formájában fúziós erőmű létrehozására nem alkalmas, például mert a lézereit napjában csak egyszer lehet elsütni, míg a működő fúziós erőműben másodpercenként több pelletet vaporizálni kellene. Vannak azonban, akik igyekeznek úgy átalakítani a folyamatot, hogy kereskedelmi energiatermelésre is alkalmas legyen.

Közéjük tartozik Siegfried Glenzer, a Stanford Egyetem SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratóriumának plazmafizikusa, aki előzőleg a Livermore-létesítményben dolgozott. Mint nemrég a New York Times-nak elmondta, kollégáival olyan alacsonyabb teljesítményű lézeres rendszeren dolgoznak, amellyel sokkal gyorsabban lehet tüzelni.

Stephen Bodner fizikus, a washingtoni Naval Kutatólaboratóriumban végzett plazmakutatások ma már nyugdíjas vezetője kritizálta a NIF mostani kísérletének tervezését, de elismerte, hogy meglepik az eredmények, amelyek megközelítik a pellet „gyújtópontját”, vagyis azt a hőmérsékletet, ahol már ugyanannyi vagy több energiát bocsát ki, mint amennyit elnyelt. „Elég közel jutottak ehhez a célhoz, hogy a vállalkozást sikeresnek lehessen nevezni” – fogalmazott. Bár ő más módszerben hisz, a kaliforniai kísérlet szerinte a szkeptikusoknak is megmutatta, hogy nincs semmi baj a lézerfúziós elképzeléssel, és az Egyesült Államoknak ideje lenne nagyobb programot indítani ennek kiaknázására.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: