Energiatermelés inerciális fúzióval

A bőséges, hatékony és környezetbarát energiatermelés egyik ígéretesnek tűnő módszere az inerciális fúzió, amelyhez a Wigner Fizikai Kutató­központban (Wigner FK) a rövid, intenzív lézerimpulzusok plazmon­keltését szeretné hasznosítani a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal Nemzeti Laboratóriumok Program támogatásával tavaly alapított Nano­plazmonikus Lézeres Fúzió Kutató­laboratórium. Biró Tamás Sándor, a projekt szakmai vezetője elmondta, hogy az inerciális fúzió technikájának fej­lesz­té­sé­ben egy teljesen új, innovatív meg­közelítést javasolnak, amelynek során a mag­fúzió be­gyújtása hatéko­nyabbá és gazdaságo­sabbá válhat az elő­zetes számítások alapján. Ezt nano­részecskék hozzá­adásával a fúziós üzem­­anyaghoz tervezik elérni.


A nanofúziós projekt szakmai vezetője Biró Tamás Sándor, a Wigner Fizikai Kutató­központ RMI gyorsítós lézeres laboratóriumában.
A Nanoplazmonikus Lézeres Fúzió Kutatólaboratórium főbb céljai
  1. Plazmonhatás keltése és tanulmányozása nanorészecskékkel adalékolt polimer mintán.
  2. Különleges eloszlású és irányítottságú arany nanoantennák tervezése és optimalizálása.
  3. Nanoantenna-adalékolás megvalósítása.
  4. Szilárdtestfóliák besugárzása ultrarövid lézerimpulzusokkal, az impulzusok térbeli és időbeli átfedésének technikai kidolgozása kétoldali besugárzás esetén.
  5. Mintaelemzés mikroszkópiai, spektroszkópiai és magfizikai eszközökkel.
  6. Hatáskeresztmetszet és tríciumhozam-számolások, illetve számítógépes szimulációk kifejlesztése, tesztelése.
Mai tudásunk szerint a fenntartható energiatermelésnek hosszú távon a magfúzió lehet a leghatékonyabb módja, ha megvalósul.

– A fúzió az energianyerés olyan módja, amit még sehol a világon nem művelnek ipari szinten, azonban óriási ígéret rejlik benne: egy gramm fúzióra bírt anyaggal Magyarország éves elektromosáram-fogyasztását meg lehet termelni. A fúzió mesterséges meg­valósítására két nagy irányzat alakult ki idáig. Az egyiknél a nagyobb méretű berendezé­sekben erős mágneses teret hoznak létre, hogy a forró plazma ne érintkezzen a berende­zés falával. A másik módszer az úgynevezett tehetetlenségi vagy inerciális fúzió, ahol az energiát nem melegítésre, hanem közvetlen energia­közlésre használják, és lézerek­kel sugározzák be a pár milliméteres célpontot. Ebben a projektben azt kutatjuk, hogy vannak-e olyan alternatív lehetőségek, amelyekhez nincs szükség az ITER-hez (International Thermonuclear Experimental Reactor – a szerk.) hasonló óriási mé­retekre, hiszen annak a belső plazmaterében is csak mindössze egy gramm anyag van.

A Wigner FK RMI lézerlaboratóriumban használt vákuum­kamra azért kell, mert a nagy teljesítményű fókuszált lézerfény a levegőben túlságosan szóródna, energiát veszítene.
Kérem, mutassa be röviden a laborban folyó munkát.

– Az ultrarövid lézerimpulzussal indukált plazmonok hatásait vizsgáljuk.

Miért kell, hogy rövid idejű legyen?

– Azért használunk ultrarövid lézerimpulzusokat, hogy elkerüljük a Rayleigh–Taylor-féle instabilitás kialakulását. Jelenleg egy néhány centiméteres, 20 mikron vastagságú hártyával kísérletezünk, amivel azt szeretnénk elérni, hogy a minta egyszerre nyelje el az energiát a felületén és a belsejében. Ehhez az kell, hogy egyszerre gyulladjon be minden pontján, mert így nem tud az instabilitás k­i­­fejlődni. Az instabilitás elkerülése mellett javítani szeretnénk az energia befogadását is, ezért tervezzük, hogy a fúziós üzem­anyagba 25 nano­méter átmérőjű és 85 nanométer hosszúságú rudacskákat helyezünk. Ha a kísérlet olyan fázisba jut, hogy a Wigner Fizikai Kutató­központban rendelkezésre álló lézerek energiája már nem lesz elegendő, akkor folytatjuk a szegedi ELI-ben, ahol ugyanezt a kísérletet nagyobb energiával tudnánk elvégezni. Amennyiben a fúziós küszöb meg­közelíthetővé vagy elérhetővé válik, megkezdődhet a második fázisban a fejlesztési munka: ezeknek a fizikai folyamatoknak a hasznosítása áramtermelésre.

A lézerfény kalandos utakat tesz meg a laboratóriumban, amíg kellően fókuszálva elér a céltárgyhoz.
Hogyan áll össze a kutatólaboratórium?

– Négy fő csoportra osztottuk a munkát. Az elméleti csoport tag­jai nagyrészt Szegedről érkeztek, ők végzik nagy kapacitású komputerekkel a lézerfény optimális és egyenletes elnyeléséhez szükséges számításokat. A minta-előkészítő csoport a nanotechnoló­giával foglalkozik, vezetője Bonyár Attila a Budapesti Műszaki és Gazdaság­tudományi Egyetem Elektronikai Technológia Tan­székéről. A Wignerben dolgozó egyik csoportunk felel a vákuum­kamráért, az optikáért és a lézeres belövésért, a másik csoport pedig a belőtt és kezelt céltárgyak utólagos vizsgálatát végzi el. Azt keresik spektroszkópiai módszerekkel, hogy hogyan változott meg az anyag szerkezete, össze­tétele, valamint azt, hogy keletke­zett-e benne valami, ami a neutronok elnyelésére utal. Jelenleg azzal kísérletezünk, hogy miként adja át a lézer egyenletesen az energiát, és ehhez milyen rétegeket kell elő­állítanunk. Ezt a nano­részecske-sűrűség­profil kialakítá­sával képzeljük el, ami azt jelenti, hogy a különböző rétegekben más és más a nano­részecs­kék sűrűsége, középen több, a szélén, ahol amúgy is előbb nyeli el az energiát, kevesebb.

Az egyik Raman spektroszkópiai laboratórium a Wigner FK-ban a Hunatom mérnökeinek és Kovács Pál energiaügyért felelős államtitkárnak a látogatása alatt. Itt a lézerfény infra­vörös, szabad szemmel láthatatlan.
Miért gondolták, hogy érdemes ezzel foglalkozni, honnan jött az ötlet, és milyen perspektívát látnak a kutatásban?

– A nanotechnológia és az egyidejű lézeres begyújtás terve két magyar fizikus ötletének az „össze­házasításá­ból” fakad. Csernai László Norvégiában élő professzornak és Kroó Norbert akadémikusnak, a hazai plazmonika és lézeres kutatás egyik úttörőjé­nek két ötlete jelentette a kiindulási pontot. 2019 őszén határoztuk el, hogy belevágunk ezekbe a kutatásokba, amihez az Eötvös Loránd Kutatási Hálózattól 2020 tavaszától kezdve kaptunk támogatást. 2020 szeptember végén pedig meg­érkezett kutatási programunk jóváhagyása az Innovációs és Technológiai Minisztériumtól. Öt évre tervezünk: ez egy alap­kutatás, aminek a végén arra törekszünk, hogy elkészüljön egy megvalósíthatósági tanulmány. A kutatás végén tehát azt kell eldönteni, hogy ezek az ötletek együtt technikailag működnek-e, és hogy meg tudjuk-e valósítani azokat Magyar­országon. A távlatok fantasztikusnak tűnnek, mert teljesen új az, amit csinálunk.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021
Címkék

Innotéka