Célegyenesben az amerikaiak fúziós erőműve

Az Egyesült Államokban befejeződött egy hatalmas fizikai kísérlet előkészítése, melynek célja a Nap belsejében uralkodó körülmények újraalkotása.

Az USA Nemzeti Begyújtó Létesítménye (NIF) a termonukleáris fúzió életképességét hivatott demonstrálni, egy olyan folyamatot, ami bőséges tiszta energiával láthatja el a világot. A labor 192 óriás lézersugár egy 150 mikrogramm hidrogén üzemanyaggal töltött, borsószemnyi kapszulára történő fókuszálásával indítja be a reakciót. Ahhoz hogy a kísérletet sikeresnek nyilvánítsák több energiát kell kinyerniük a folyamatból, mint ami a beindításához szükséges. Mike Dunne professzor, aki a hasonló célokat kitűző európai vállalkozás vezetője, a BBC-nek adott interjújában kiemelte, az NIF sikere "megrengetné" a világot. "A sikeres demonstráció a lézeres fúzió átvitelét jelentené az elméleti fizika berkeiből a mérnöki valóságba" - mondta.

A kaliforniai központú NIF az Egyesült Államok legnagyobb tudományos kísérleti létesítménye, ami a világ legnagyobb erejű lézerrendszerét foglalja magába, megépítése 12 évet vett igénybe. "Egy jelentős mérföldkőhöz értünk" - mondta dr. Ed Moses a létesítmény igazgatója. "Egyre közelebb kerülünk az általunk kitűzött célhoz, hogy első ízben érjünk el egy irányított, hosszan tartó nukleáris fúziót és energianyereséget laboratóriumi környezetben". A kísérletek idén júniusban veszik kezdetüket, az első jelentős eredmények 2010 és 2012 között várhatók. "Rengeteg munkánk és rengeteg tanulni valónk van" - tette hozzá dr. Moses.

A fúzióra az energiaforrások egyik legnagyobb ígéreteként tekintenek a potenciálisan kinyerhető szinte korlátlan tiszta energia miatt. Egy gyakorlatban is működő fúziós reaktor megalkotása évtizedek óta megoldhatatlan feladat elé állítja a tudósokat, akik most azonban úgy vélik, közel a siker. "Most már nagyon közel vagyunk hogy learassuk 50 év erőfeszítéseinek a babérjait" - mondta Dunne professzor.

Jelenleg világszerte több kísérleti létesítmény van, ami a nukleáris fúzió építőelemeinek a demonstrálását célozta meg. Ebben a folyamatban a hidrogén két nehezebb formája, a deutérium és a trícium olvad össze héliummá. Deutérium bőséggel található a tengervízben, míg a trícium előállítható lítiumból, a talaj egy viszonylag gyakori eleméből. Amikor ezek az izotópok magas hőmérsékleten egyesülnek egy kis mennyiségű tömeg elvesztésével hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. Ez a folyamat természetes formájában a csillagok belsejében zajlik, ahol a hatalmas gravitációs nyomás és a közel 10 millió Celsius fokos hőmérséklet lehetővé teszi a termonukleáris fúziót.

A Föld jóval alacsonyabb nyomásai mellett a fúzióhoz szükséges hőmérsékletnek meg kell haladnia a 100 millió Celsiust. Az NIF az úgynevezett inerciális fúziós folyamatra fog összpontosítani, melyben ezeket a szélsőséges hőmérsékleteket rendkívüli erejű lézerekkel érik el. "Amikor az NIF lézereit teljes energiaszintre kapcsoljuk 1,8 megajoule ultraibolya energiát zúdítanak a célpontra" - magyarázta dr. Moses.

A NIF sugarai minden eddigi lézerrendszer energiájának a hatvanszorosát juttatja el a hidrogénnel teli gömbbe. Az impulzus csak pár nanomásodpercig tart, azonban 500 billió watt energiát szabadít fel, ami meghaladja az egész Egyesült Államok energiarendszerének csúcsteljesítményét. Ez a heves energianyaláb leválasztja a hidrogén felszínét és a maradék anyagot befelé nyomja. "A folyamat 100 millió fokos hőmérsékletet és a Föld légnyomásának több milliárdszorosát állítja elő, összeolvadásra kényszerítve a hidrogén magokat, a reakcióhoz szükséges energia sokszorosát szabadítva fel" - taglalta dr. Moses.

A tudomány szempontjából az energia nyereség a kulcs. Ha működik, az NIF tízszer-százszor több energiát bocsát ki, mint amennyit a lézerekbe pumpáltak. Több kísérlet is bizonyította, hogy mindez lehetséges, eddig azonban egyik sem tudta demonstrálni a nettó energia nyereséget. "Az NIF-en a világ szeme, hogy tisztán és egyértelműen demonstrálja az energianyereséget" - mondta Dunne professzor. "Ez választ adna egy alapvető fizikai kérdésre, lehetővé téve a közösség számára, hogy a kapott energia hasznosítására koncentráljon."

Bár az NIF még meg sem kezdte működését, a tudósok máris az utódját tervezik, egy európai projektet, az úgynevezett Hipert, a Nagy Erejű Lézer Energia Kutatást. "Az NIF technológiájával több órának kell eltelnie egy-egy lézer impulzus között" - magyarázta a Hipert igazgató Dunne. "Ez megfelelő a fizikai alapelv bizonyításához, azonban nem elegendő egy lézer-fúziós erőmű követelményeihez, ahol másodpercenként több impulzust kell kibocsátani". A Hiper célja egy folyamatos fúziós ciklus alapjainak lefektetése, amihez egy teljesen más jellegű lézeres technikára lesz szükség. Át kell tervezni az üzemanyag gömböket is, illetve automatizálni kell az egész apparátus kezelését, ismertette a várható kihívásokat Dunne professzor.

A Hiper 13 millió eurós finanszírozással vághat bele a megvalósulásba, ami 50 millió euró értékű berendezéssel egészül ki. Ha minden terv szerint halad, a kivitelezés a következő évtized végén kezdődhet el. Megközelítőleg ugyanebben az időben tehetik rá a kezüket a tudósok egy másik grandiózus fúziós kísérletre, a Nemzetközi Termonukleáris Kísérleti Reaktorra, ismertebb nevén az ITER-re, ami jelenleg is építés alatt áll a franciaországi Cadarache-ban. Az ITER egy másik módszerrel, az úgynevezett mágneses plazmaösszetartással próbál majd fúziót létrehozni, melyben hatalmas hőmérsékletre hevített gázt nyomnak össze mágneses mezőkkel egy tokamakban. Dunne professzor reméli, hogy a két irányból történő megközelítés meghozza a kívánt eredményt és a várt társadalmi hatásokat.