A fúziós kutatás legnagyobb előrelépése, amelyet kedden Washingtonban jelentettek be, évtizedek múlva várható, hiszen a tudósok először tudtak olyan reakciót létrehozni, amely több energiát állított elő, mint amennyit a gyújtáshoz használtak.

Erős lézerek segítségével hatalmas energiát fókuszáltak egy BB méretű miniatűr kapszulára, a kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium tudósai egy olyan reakciót indítottak, amely körülbelül 1,5-szer több energiát termel, mint amennyi a fény tartalmazott.

Még évtizedek várnak, mire a fúziót egyszer – talán—elektromos áramtermelésre használják a való világban. De a fúzió ígérete csábító. Ha kihasználják, szinte végtelen, szén-dioxidmentes energiát tudna előállítani az emberiség villamosenergia-igényeinek ellátására anélkül, hogy a globális hőmérséklet emelkedne és súlyosbítaná a klímaváltozást.

A washingtoni sajtótájékoztatón a tudósok ünnepeltek.

"Szóval, ez elég menő," mondta Marvin Adams, a Nemzeti Nukleáris Biztonsági Hivatal védelmi programok helyettes igazgatója.

"A kapszulában lévő fúziós üzemanyag összeszorult, elkezdődtek a fúziós reakciók. Ez mind már megtörtént korábban – százszor –, de múlt héten először tervezték meg ezt a kísérletet úgy, hogy a fúziós üzemanyag elég meleg, sűrű és kerek maradjon elég hosszú ideig, hogy begyulladjon" – mondta Mr. Adams. "És több energiát termeltek, mint amennyit a lézerek raktak fel."

Íme egy áttekintés arról, mi is pontosan az a nukleáris fúzió, és milyen nehézségek jelentenek abban, hogy olcsó és szén-dioxidmentes energiaforrássá alakítsuk, amilyet a tudósok remélnek.

Mi az a nukleáris fúzió?

Nézz fel, és pont feletted történik – a nukleáris fúziós reakciók táplálják a Napot és más csillagokat.

A reakció akkor történik, amikor két könnyű mag egyesül, nehezebb magot alkot. Mivel az egyetlen mag teljes tömege kisebb, mint az eredeti két mag tömege, a maradék tömeg az energia, amely a folyamat során szabadul fel, az Energiaügyi Minisztérium szerint.

A nap esetében az intenzív hő – millió Celsius-fok – és a gravitáció által kifejtett nyomás lehetővé teszi, hogy azok az atomok összeolvadjanak, amelyek egyébként taszítanák egymást.

A tudósok már régóta értik, hogyan működik a nukleáris fúzió, és már az 1930-as években próbálják megismételni ezt a folyamatot a Földön. A jelenlegi erőfeszítések a hidrogénizotóppár – deutérium és tritium – fúziására összpontosítanak az Energiaügyi Minisztérium szerint, amely szerint ez a kombináció "sokkal több energiát bocsát fel, mint a legtöbb fúziós reakció", és ehhez kevesebb hő szükséges.

Mennyire értékes lehet ez?

Daniel Kammen, a Kaliforniai Egyetem Berkeley energia- és társadalomprofesszora szerint a nukleáris fúzió "alapvetően korlátlan" üzemanyag lehetőségét kínálja, ha a technológia kereskedelmileg életképessé válik. A szükséges elemek a tengervízben is elérhetők.

Ez egy olyan folyamat is, amely nem termeli a nukleáris hasadás radioaktív hulladékát – mondta Kammen úr.

A nettó energianyereség határának átlépése jelentős eredmény – mondta Carolyn Kuranz, a Michigan Egyetem professzora és kísérleti plazmafizikusa.

"Persze, most az emberek azt gondolják, hogy hogy hogyan jutunk el tízszer többre vagy százszor többre? Mindig van valami következő lépés," mondta Kuranz asszony. "De szerintem ez egyértelmű vonal, hogy igen, a laboratóriumban elértük a gyújtást."

Hogyan próbálják ezt megvalósítani a tudósok?

Az egyik módja annak, hogy a tudósok megpróbálják újraalkotni a nukleáris fúziót, az úgynevezett tokamak, egy fánk alakú vákuumkamra, amely erős mágneseket használ az üzemanyag túlmelegedett plazmavá alakítására (150 millió és 300 millió Celsius-fok között), ahol fúzió is előfordulhat.

A livermore-i labor más technikát alkalmaz, ahol a kutatók egy 192 sugáros lézerrel lőnek ki egy kis kapszulára, amely deutérium-tritium üzemanyaggal van megtöltve. A labor arról számolt be, hogy egy 2021 augusztusi teszt 1,35 megajoule fúziós energiát állított elő – a célra kilőtt energia mintegy 70 százaléka. A labor szerint több későbbi kísérlet csökkent eredményeket mutatott, de a kutatók úgy vélték, hogy megtalálták a módokat az üzemanyagkapszula minőségének és a lézerek szimmetriájának javítására.

Miért olyan nehéz a fúzió?

Több kell hozzá, mint extrém hő és nyomás. Emellett precizitást is igényel. A lézerek energiáját pontosan kell alkalmazni, hogy ellensúlyozzák a fúziós üzemanyag kifelé irányuló erejét, mondja Stephanie Diem, a Wisconsin-Madison Egyetem mérnöki fizika professzora.

És ez csak azért van, hogy bizonyítsam, hogy a nettó energianyereség lehetséges. Még nehezebb elektromosságot előállítani egy erőműben.

Például a labor lézerei csak napi párszor tudnak lőni. Ahhoz, hogy életképes energiat előállítsanak, gyorsan kell tüzetniük, és a kapszulákat percenként többször, vagy még gyorsabban is be kellene helyezni, mondta Kuranz asszony.

Egy másik kihívás a hatékonyság növelése, mondta Jeremy Chittenden, a londoni Imperial College plazmafizika szakosú professzora. A Livermore-ban használt lézerek sok elektromos energiát igényelnek, és a kutatóknak meg kell találniuk az eredmények sokkal költséghatékonyabb reprodukcióját – mondta.