Fúziós áttörés: borsszemnyi üzemanyagból égő plazma

Először sikerült égő plazmát létrehozni a kaliforniai Lawrence Livermore Laboratóriumban (LLNL) működő National Ignition Facilityben (országos begyújtó létesítmény, NIF) – ez fontos mérföldkő a korlátlan tiszta energia felé vezető úton.

Mint ismert, a nukleáris fúzió az a jelenség, ami izzó plazmagömbbé alakítja a Napot és más csillagokat. Lényege, hogy óriási hőmérsékleten és nyomáson az atommagok összeolvadnak, ami óriási energiák felszabadulásával jár. Az emberiség egy ideje létre tudja hozni a magfúziót termonukleáris bombákban, de ezek gyakorlati felhasználása, mondhatni, korlátozott.

Az egyik legfontosabb, hogy a folyamatból származó energia ne csak a létrehozásához szükséges energia mennyiségét haladja meg, de a fenntartásához szükséges infrastruktúra (adott esetben szupravezető mágnesek vagy lézerek) masszív energiaigényét is túlszárnyalja. Az égő plazma ebben azért játszik fontos szerepet, mert ez az az állapot, amikor a 100 millió fokra hevített plazma fúziójából származó hő önfenntartó, vagyis biztosítja a fúzióhoz szükséges hőt.

Több különböző konstrukciójú fúziós berendezésen folynak kutatások, a legelterjedtebbek a mágneses térben fánk alakú plazmahurkokat pörgető tokamakok, de vannak az anyagot minden irányból lézerrel bombázó inerciális fúziós eszközök is – a szóban forgó eredményt ilyenen érték el.

Az amerikai szakemberek a bolygó egyik legerősebb lézerrendszerében 192 lézernyalábot irányítottak egy két milliméter átmérőjű, deutérium és trícium fúziós üzemanyagot tartalmazó kapszulára. Az üzemanyag héliummá alakult, és közben a másodperc töredékéig 10 billiárd (tíz a tizenötödiken) wattot adott le, ami a Földet minden másodpercben érő napsugárzás energiájának tizedével ér fel.

A paprikamag méretű üzemanyag a szakemberek szerint azért adhatott le ennyi energiát, mert a beindított reakció hőenergiája még több fúziót indított be. 

A 2020 óta újabb és újabb energialeadási rekordokat hozó kutatás utóbbi szakasza az üzemanyag-kapszula és az azt tartó aranyozott urántok optimális formájáról és konstrukciójáról szólt. Mint kiderült, a leghatékonyabb, ha a lézerlövés pillanatában a kapszula héja tágulva lerepül, miközben tartalmát összeroppantják a lézerek. Így sikerült elérni, hogy a beinduló fúzió felhevítse az üzemanyag többi anyagát is.

Ez azért jelentős, mert ez egy szükséges lépés ahhoz, hogy jelentős energiát termeljünk a betáplált energiához képest

– mondta a kísérleteket vezető Alex Zylstra a LiveScience-nek.

Bár a tokamak fúziós reaktorokban egészen más történik, az égő plazmával kapcsolatos ismeretek ezeknél a fúziós fejlesztéseknél is komoly segítséget jelenthetnek.

(Interesting Engineering, Live Science)

(Borítókép: A National Ignition Facility. Fotó:  Lawrence Livermore National Laboratory / Handout / REUTERS)