Áttörés a magfúziós kutatásban

A kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium irányított termonukleáris fúziót „begyújtó” szerkezetében (National Ignition Facility, NIF) szeptember végén végzett kísérlet során először sikerült elérni, hogy a fúzió folyamán kiszabadult energia meghaladta az egyesülő atommagok által elfogyasztott energia mennyiségét. A magfúzióban két kisebb atommag egyesül egy nagyobbá. Ha a reakcióban résztvevő elemek könnyebbek a vasnál, akkor a folyamat óriási energia felszabadulással jár, ellenkező esetben energiát kell befektetni. A Nap is – akárcsak a csillagok – fúzió segítségével „működik”: hidrogénatomjai egyesülnek, aminek eredményeként héliumatommagok és hatalmas energia keletkezik. 

A tudósok régóta kísérleteznek a fúziós folyamat hasznosításával, hiszen az korlátlan és olcsó energiaforráshoz juttatná az emberiséget. Ám mindeddig nem tudtak olyan életképes fúziós erőművet létrehozni – még kutatólaboratóriumi körülmények között sem –, amely több energiát termelne, mint amennyit az atommagok egyesülése igényel. A fúziós rendszer gyökeresen eltérne a hagyományos atomerőművektől, amelyek a maghasadás elve alapján működnek. 

A NIF-ben végrehajtott kísérlet most felerősítette a reményeket. A futballpálya-alapterületű, tízemeletes épületben üzemelő berendezés valójában egy százkilencvenkét független óriás lézernyalábból álló rendszer, amely a Napban és a csillagokban lejátszódó termonukleáris folyamatokat hivatott lemásolni, és ezáltal „tiszta” energiát szolgáltatni. A lézernyalábok nehéz hidrogénizotópok parányi gömböcskéjét célozzák meg, hogy beindítsák a termonukleáris reakciót. 

A 3,5 milliárd dolláros kutatóberendezést 2009-ben adták át, méghozzá azzal az eredeti célkitűzéssel, hogy 2012. szeptember 30-ig képes lesz olyan nukleáris fúziót produkálni, amely „nettó” energiát termel. A váratlanul fellépett technikai problémák miatt azonban a határidőt nem sikerült tartani, és a fúziós energia-kibocsátás alatta maradt a matematikai modellekben beharangozott szintnek. Az ok részben az volt, hogy a rendszer hiányosságai miatt a bevitt energia nem jutott el teljes egészében a nukleáris fűtőanyaghoz a lézernyalábokon keresztül.

Szakemberek a NIF által bejelentett sikert az utóbbi évek legjelentősebb érdemi eredményének tekintik a magfúziós kutatásokban, amely megadhatja a végső lökést az áttöréshez, az önfenntartó fúzió „beindításához”: ez akkor valósul majd meg, ha a folyamat során legalább annyi energia szabadul fel, mint a lézernyalábok által szolgáltatott energia.

A termonukleáris fúzió során a hidrogén két nehézizotópja, a deutérium és tricium magjainak egyesülésekor héliumatommag képződik. Amikor ezek az izotópok magas hőmérsékleten egyesülnek, a tömegük egy kis része elvész, viszont óriási mennyiségű energia szabadul fel. Természetes körülmények között termonukleáris fúzió a csillagok belsejében zajlik, ahol az óriási gravitációs nyomás teremt kedvező feltételeket a 10 millió Celsius-fokon zajló folyamat számára. A Földön a jóval kisebb nyomás mellett a fúzió létrehozásához lényegesen magasabb hőmérsékletet, 100 millió fokot kell biztosítani. A NIF-ben a szélsőséges hőmérsékletet lézernyalábokkal hozzák létre, amelyek 1,8 megajoule energiával veszik célba a hidrogén nehézizotópjait.

Forrás: MTI / BBC News