Atomfúzió az íróasztalon

A kaliforniai egyetem, a UCLA három kutatója, B. Naranjo, J. K. Gimzewski és S. Putterman a Nature folyóirat legfrissebb számában tudósítanak arról, hogy sikerült olyan kísérletet végrehajtaniuk, amely szobahőmérsékleten is lehetővé teszi atomok fúzióját, egyesítését. Mindeddig azok a kísérletek, amely ilyen körülmények között zajlottak, később nem voltak reprodukálhatók, megismételhetők, illetve a többi tudós vitatta azok hitelességét. A mostani kaliforniai eljárás viszont ismert fizikai alapokon nyugszik, ezért alighanem közelebb jár a fúziós energiatermelés megvalósításához.

Régóta kutatják a fúziós energiát

A fúziós energia – amely például a hidrogénbomba és a csillagok nagy részének, így a mi Napunknak is az energiáját szolgáltatja – hasznosításán régóta dolgoznak a kutatók. Fúziós körülmények, a Nap belsejének állapotát szimuláló kísérletek már évtizedek óta zajlottak, zajlanak az USA-ban, Angliában, az egykori Szovjetunióban, a mai Oroszországban. Japánban is dolgoznak ezen a kérdésen, csakúgy, mint Franciaországban. Ezek nagy része azonban óriási hőmérsékleten, hatalmas nyomás alatt tartott környezetben próbálják meg az atommagok egyesítéséből származó energiát „kinyerni”. E rendkívül drága kísérletek mellett régi álma a fizikusoknak a „hidegfúzió”, ahol nincs túl nagy nyomás, nem szükséges magas hőmérséklet, és mégis egyesíthetők lennének az atomok.

A tömeg-energia ekvivalencia, az Einstein által felfedezett E=mc2 képlet alapján tudjuk: ha több atomot egyesítnek, és ezek kiinduló tömege nagyobb, mint a keletkezett atomé, akkor az így elveszett tömeg energiává alakul át. Négy hidrogén (H) atomból például egy hélium hozható létre, de a hélium tömege valamivel kisebb, mint a négy hidrogéné. Két deutériumból (D), azaz a hidrogén egyik izotópjából elég azonban kettő is ahhoz, hogy hélium (He) jöjjön létre.

Neutron jelzi a fúziót

A „normál” hidrogén atom egy protont tartalmaz, a deutérium egy protont és egy neutront, a „normál” hélium viszont két protont és két neutront (n), de van két protont és egy neutront tartalmazó (3He) izotópja is. Ha két deutériumot sikerül összeütköztetni, akkor egy 3He hélium-izotóp jöhet létre, amely két protont és egy neutront tartalmaz, és felszabadul egy neutron a „reakció” során. Ezt a neutronsugárzást mérni is lehet, akárcsak a hélium keletkezését is regisztrálni képesek a tudósok. A fúzió szerint tehát D+D-ből jön létre egy 3He+n, plusz energia szabadul fel.

A mostani kísérlet azonban még messze van attól, hogy energiatermelésre közvetlenül felhasználható legyen. Egyelőre több energiát kell befektetni ahhoz, hogy létrejöjjön a fúzió, mint amennyit az atommagok egyesülése létrehoz.

A kaliforniai fizikusok mostani kísérlete során egyébként egy piroelektromos kristályt melegítettek fel, egy deutériummal telített környezetben, „légkörben”. Ez a kísérlet akár egy íróasztalon is elvégezhető, s fúziót képes produkálni. A kristály elektrosztatikus mezője ugyanis a deutériumokat sugárrá alakítja, és ezt a sugarat egy szintén deutériummal dúsított célpontra irányítva, neutronsugárzás jön létre. Ez a sugárzás négyszázszor erősebb a természetes háttérszintnél, vagyis azt bizonyítja, hogy létrejött a fúzió során – amint azt korábban már említettük – a deutériumok egyesülését 3He izotópok és neutronok keletkezése követi.

Csomagvizsgálatra jó lehet a mostani kutatás

A neutronok jelenléte a „D + D > 3He + n plusz energia” jelzésű folyamatokra utal.
Ez a kísérlet energiát nem termel, de hasznosítható olyan célokra, mint a csomagok átvilágítása, tehát nemzetbiztonsági jelentősége van egy hordozható neutrongenerátornak, s az ilyen könnyen alkalmazható eszköz felhasználható az olajkutaknál is – vélekedik az egyik felfedező, Seth Putterman.

Ugyanakkor a mostani eredményektől függetlenül áttörést jelenthetne az ártalmatlan és kontrollált fúzió felhasználása a gyakorlatban. Ha a fúziót energiatermelésre is fel lehetne használni, akkor az megváltoztathatná a globális energiaszektor működését, hiszen az atommagok egyesítése nem produkálna radioaktív szennyezőanyagokat, és légszennyezéssel sem járna.