A nukleáris fúziós energia valósággá válásának legfőbb feltétele, hogy több energiát állítsanak elő egy fúziós reakcióból, mint amit belefektettek. Ezt a mérföldkövet először sikerült elérni egy új kutatási tanulmány szerint.

A Nature szaklapban megjelent publikációban az Egyesült Államokbeli Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium egy kísérletsorozat részleteiről ír, melyben a fúziós reakciókból nyert energia meghaladja a folyamat létrehozásához felhasznált energia mennyiségét. A kísérletet a 2009-ben 3,5 milliárd dolláros költségvetésből megépült National Ignition Facilityben (NIF) hajtották végre. A kutatók 192 lézernyalábbal vettek célba egy fúziós fűtőanyaggal (deutérium- és a tríciumplazmával) megtöltött, mintegy 2 milliméteres kapszulát, amelyet egy hajszálvékony fagyott réteggel béleltek ki.

Az igen magas hőmérsékleten a hidrogénizotópok magjai fuzionáltak, neutront, alfa-részecskét és energiát kibocsátva. A szeptemberben, illetve novemberben elvégzett kísérletek során a fúziós üzemanyag több energiát adott le, mint amennyit abba bevittek, igaz, ez kevesebb volt annál, mint amennyit a lézerek a célra sugároztak. Annak köszönhetően, hogy a lézersugarak erejét megduplázták, a deutérium és a trícium fúziója stabilabbnak bizonyult, mint a korábbi kísérletek során. A tavaly májusban elkezdődött kísérletsorozat közben a fúziós energiahozamot a tízszeresére növelték. Az egyik kísérlet során sikerült a fúzió begyújtásához szükséges, úgynevezett Lawson-kritériumok több mint felét teljesíteni - igaz, a begyújtáshoz szükséges energiaszintnek csak a századrészét érték el.

"Ami igazán izgalmas, hogy ahogy mindig egy kicsivel erősebb berobbanásokat idézünk elő, egyenletesen növekvő hozzájárulást látunk az alfarészecske önhevítésnek nevezett önhajtott folyamata hozamához" - nyilatkozott a tanulmány szerzője, Omar Hurricane. Az önhajtás (bootstrapping), akkor jön létre, amikor az alfarészecskék energiájukat a szökés helyett leülepítik deutérium-trícium (DT) üzemanyagukban. Az alfarészecskék tovább hevítik az üzemanyagot, növelve a fúziós reakció mértékét, ezáltal még több alfarészecskét állítva elő. Ez a visszacsatolási folyamat testesíti meg a begyújtáshoz vezető mechanizmust. Ahogy arról a Nature-ben beszámoltak, az önhajtó folyamatot egy kísérletsorozatban demonstrálták, szisztematikusan növelve a fúziós hozamot.

A kísérleteket rendkívüli körültekintéssel tervezték meg, hogy elkerüljék a DT üzemanyagot körülvevő és magába záró műanyag héj bomlását a kompresszió során. A tudósok elmélete szerint ez a bomlás volt a korábbi kísérletekben megfigyelt gyenge fúziós hozamok forrása. Az üzemanyag kompressziójához használt lézerimpulzus módosításával sikerült elfojtani a bomlást eredményező instabilitás kialakulását. Az így kapott magasabb hozamok alátámasztották az elméletet és demonstrációul szolgáltak az önhajtás beindítására.

Hurricane szerint a kísérleti eredmények sokkal jobban egyeztek a számítógépes szimulációkkal, mint a korábbi kísérleteké, fontos viszonyítási alapot adva az anyag hasonló körülmények közötti viselkedésének előrejelzéséhez használt modellek számára. "További kutatások szükségesek, és több fizikai problémát kell megoldanunk mielőtt eljutnánk a végéhez, csapatunk azonban dolgozik ezeken, és a kihívásoktól fejlődik egy tudományos csapat" - összegzett. A kutató szerint rengeteg munkára van még ahhoz szükség, hogy a kísérlettől eljussanak a fúzió önfenntartó energiaforrássá válásához. Kijelentette, hogy nem sikerült fúziós erőművek működtetéséhez szükséges begyulladást előidézniük, és nem kívánt találgatásokba bocsátkozni azzal kapcsolatban, hogy ezt mikorra tudják elérni.

Szakemberek a NIF által bejelentett sikert az utóbbi évek legjelentősebb érdemi eredményének tekintik a magfúziós kutatásokban, amely megadhatja a végső lökést 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 fúziós rendszer gyökeresen eltér a hagyományos atomerőművektől, amelyek a maghasadás elve alapján működnek. A fosszilis üzemanyagokkal és a nukleáris erőművekkel szemben a fúzió üvegházgázok és radioaktív hulladék nélküli, korlátlan és olcsó energia forrása lehet. 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 többi csillag - fúzió segítségével "működik": hidrogénatomjai egyesülnek, aminek eredményeként héliumatommagok keletkeznek, hatalmas energia szabadul fel.

Forrás: sg.hu Kattintson ide...