A magfúzió során felszabaduló óriási energia megszelídítése évtizedek óta izgatja a tudósokat. A mintát a csillagok – a mi esetünkben a Nap – szolgáltatja, amiben hidrogén atommagok egyesülnek héliummá, és termelik a hatalmas energiát.
A fúziós energiatermelés sokkal koncentráltabban, lényegesen kevesebb nyersanyag felhasználásával lehetséges, mint a jelenlegi egyéb termelési módok, beleértve a nukleáris hasadáson alapuló erőműveket is. Húsz tonna szénnek nagyságrendileg 1 kilogramm hasadóanyag felel meg, ugyanennyi energia 1 gramm fúziós üzemanyagból nyerhető ki, vagyis a jelenlegi maghasadásos technológiával előállított energia többszöröse nyerhető ki a magfúziós technológiával.
A technológia a lézer szemszögéből (Fotó: ELI ALPS)
Egyedül a magfúziós reakciókat lehet úgy megtervezni, hogy ne legyenek hosszú bomlási idejű, roncsoló energiájú és nehezen megállítható végtermékei. A megvalósításért világszerte folynak alkalmazott kutatások. A verseny, tekintve, hogy a legfejlettebb projektek is évtizedekre vannak a működő kísérleti reaktoroktól, még nem dőlt el – derül ki a nanoplazmonikus lézeres fúzió kutatás-fejlesztésére vonatkozó programjavaslatból.
Földi körülmények között a hidrogén két izotópja szükséges a hagyományos atomerőművek teljesítményét messze felülmúló fúziós erőmű létrehozásához. Deutérium megfelelő mennyiségben található a természetben, a trícium pedig, lítiumból, vagy más magreakciókból is előállítható. A magfúzióhoz szükséges plazmaállapotot több kísérleti reaktorban – így a például, a nemzetközi összefogással épülő ITER-ben extrém magas hőmérséklettel kívánják elérni. A plazma összetartására ott hatalmas mágneseket alkalmaznak, ami minden más anyagtól elkülöníti a forró plazmát. Ez meglehetősen drága és bizonytalan megoldás, ami egyelőre nem tart ott, hogy fúziós erőművet lehetne rá építeni, vagyis, magfúziós erőművek egyelőre nincsenek.
A magyar kutatók más úton járnak: azt a célt tűzték ki maguk elé, hogy kidolgozzák Kroó Norbert és Csernai László nemzetközi hírű fizikus kutató professzorok ötletei alapján a „nanofúzió”, a nanoplazmonikus lézeres fúzió megvalósításának módját. Ez azt jelenti, hogy nem a hőmérséklettel és nyomással, hanem elsősorban a plazmonok segítségével kívánják megteremteni a magegyesülés feltételeit. Ilyen, úgynevezett inerciális fúziós (ICF) kutatások másutt is folynak, például a Lawerence Livermore Nemzeti Laboratórium „National Ignition Facility”-jében, ahol 192 lézerrel szférikusan minden irányból óriási összenyomással hoznak létre fúziót, de mindez idáig a fúziós üzemanyagnak csak egy kis részét sikerült begyújtani. Éppen ezért lehet forradalmi jelentőségű az a megoldás, amit Kroó Norbert, Csernai László, valamint Papp István fizikus ötletei nyomán Magyarországon dolgoztak ki. Az ötlet, ami ma már szabadalom, teljesen új, az inerciális fúzió során ezzel még senki nem próbálkozott. Lényege, hogy szimmetrikus összenyomás helyett a nanotechnológia és a kétoldali gyors lézeres begyújtás együttes alkalmazásával tervezik elindítani a fúziót, amire a szegedi ELI ALPS egyedülálló lehetőséget biztosít.
Kutató egymás között (Fotó: ELI ALPS)
A Bíró Tamás Sándor professzor vezette Naplife /Nanoplazmonikus Lézerrel Inicializált Fúziós Experimentum/ projekt keretében ultrarövid lézerimpulzusokkal indukálnak plazmonokat. Ez azt jelenti, hogy fény segítségével kényszerítik a fém felületén lévő vezető elektronokat arra, hogy rezonáns, egymást váltó sűrűsödéseket és ritkulásokat produkáljanak. Ezeket az új típusú töltésmozgásokat, amelyeknek a hullámhossza a gerjesztésre használt fény hullámhosszánál rövidebb, nevezik plazmonnak. Másképpen közelítve: az ultrarövid lézerimpulzusok segítségével érik el, hogy a vékony fémhártya egyszerre nyelje el az energiát, és minden pontján egyszerre gyulladjon be a magfúzió, kiküszöbölve ezzel az inerciális fúzió egyik legnagyobb kockázatát, a Rayleigh-Taylor féle instabilitást. A stabilitás növelésén túlmenően sikerült emelniük az energiabefogadást is, amit a fúziós küszöb emelése érdekében a fúziós anyaghoz adott nanorudacskákkal értek el.
A közelmúltban az ELI ALPS-ban a SYLOS Experiment Alignment (SEA) lézerrendszeren is elkezdték a kísérleti munkát, Kedves Miklós, Aladi Márk, Ráczkevi Béla, Inger Ádám, Papp Dániel és Osvay Károly kutatók és mások közvetlen részvételével. Az eredmények feldolgozása és a kiértékelés azonban még időt vesz igénybe. Amennyiben az elmélet igaznak bizonyul, és a kísérletek sikeresek lesznek, vagyis nanoméretben rövid impulzusú lézerrel beindul a magfúzió, akkor minden esély meglesz arra, hogy a nanofúzió alkossa az energiatermelés új modelljét. Erre predesztinálja nagyszerűsége mellett hatékonysága és költséghatékony volta is: a lézeres nanofúzió teljesen átírhatja a jövő energiatermelését.
Borítókép: a szegedi kutatóközpont/Borítókép: ELI ALPS
