Új eredmények a lézerfúzióban

Néhány héttel ezelőtt látott napvilágot az a hír, hogy az Egyesült Államok Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumában jelentős eredmény született, a BBC-ben tudományos áttörésnek nevezték azt, hogy „a kapszulába belepumpált energiánál” több fúziós energia keletkezett. Mostanra sikerült konkrét adatokhoz hozzájutni, s ezáltal pontosítani lehet a történteket.

A jelenlegi lézerfúziós kísérletek az úgynevezett indirekt összenyomással folynak. A fúziós fűtőanyagot tartalmazó kapszula egy nagy rendszámú (pl. arany) üreg belsejében van. A lézernyalábokat (192 db) az üreg belsejébe fókuszálják, ahol az energia nagy, 50%-nál magasabb hatásfokkal termikus röntgensugárzássá alakul. Ez a röntgensugárzás robbantja fel a kapszulát. A kapszula maga egy gömbhéj, amely szilárd (hűtött) deutérium-trícium (a hidrogén 1 ill. 2 neutront tartalmazó izotópjai) keveréket tartalmaz. A külső héjat (ami pl. valami polimerből áll) párologtatja le a röntgensugárzás, és a tehetetlenség nyomja össze a kapszulát, ahogy a lepárolgó anyag „visszarúg”. Az összenyomás igen nagy mértékű kell legyen, a szilárdtest sűrűségének több százszorosát kell elérni ahhoz, hogy a fúziós reakció viszonylag kis méretekben is végbemenjen. A reakció végbemeneteléhez magas hőmérsékletre is szükség van, a fűtés sok energiát igényel: Ha külső fűtést alkalmaznának, akkor még a jelenleginél is nagyobb berendezések kellenének (a kísérletekhez használt NIF lézer egy lövése 1.8 millió Joule energiát bocsájt ki rövid fényimpulzus formájában). Ezért a fűtéshez a mágneses fúziós kísérletekhez hasonlóan a fúziós reakciók során keletkező α-részecskék energiáját is fel akarják használni. Ez úgy történik, hogy az összenyomás közben a gömbhéj belsejében arról leváló részecskék a szimmetria következtében a gömb közepén összetalálkoznak, Az ütközések következtében hirtelen magas hőmérsékletre tesznek szert, és ennek következtében fúziós reakciók jönnek létre. Az itt keletkező α-részecskék fűtik ezután fel a kapszula sűrűbb, összenyomott héját a szükséges magas hőmérsékletre. Ezt a módszert nevezik központi szikrával történő begyújtásnak.
A NIF lézerrel már a múlt év végére el akarták érni, hogy a befektetett lézerenergia többszöröse szabaduljon fel fúziós energiaként. Ez azonban nem sikerült, mivel a gömbhéj illetve a megvilágító sugárzás nem volt eléggé szimmetrikus, így a kapszulát nem sikerült kellő sűrűségre összenyomni. Az idén újraindított kísérletekben a lézerimpulzus időbeli lefutását úgy módosították, hogy az összenyomás ne legyen túlságosan erős, viszont a szimmetria megmaradjon. A szeptemberi kísérletekben azt sikerült elérni, hogy a központi szikra létrejött, és a keletkező fúziós energia 14 ezer Joule volt, ami több, mint a központi szikra létrehozásában résztvevő részecskék összenergiája, ami mintegy 10 ezer Joule-ra becsülhető. Ilyen értelemben nevezték ezt tudományos áttörésnek, hiszen ez a fúziós energia még kevesebb, mint 1%-a a lézerfény összes energiájának. Ez azt is jelenti, hogy a gömbhéj szimmetriáját sikerült megőrizni. Most az kell következzen, hogy a paraméterek folyamatos változtatásával úgy kell egyre nagyobb összenyomást, azaz sűrűséget létrehozni, hogy eközben a szimmetria megmaradjon, és a központi szikra egyre nagyobb sűrűségű fűtőanyagot gyújtson be. Mivel a lézer naponta általában csak egy lövést ad le, és nem csak lézerfúziós kísérletekre használják, ezért várhatóan még eltelik néhány év addig, amíg sikerül többmillió Joule fúziós energiát ily módon felszabadítani. A tavalyi balsiker után ez mindenesetre egy lépés előre.