Mélyen a nevadai sivatag alatt az 1980-as években az USA titkos nukleáris fegyverkutatást folytatott.

A kísérletek között szerepelt egy olyan kísérlet, amely azt próbálta kideríteni, hogy a nukleáris fúziót, a Napot működtető reakciót, lehet-e a Földön is irányított körülmények között beindítani.

A kísérleteket titkosították, de a fizikusok körében széles körben ismert volt, hogy a az eredmények ígéretesek voltak.

Ez a tudás felkeltette a Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban dolgozó két fiatal végzős hallgató, Conner Galloway és Alexander Valys figyelmét a 2000-es évek végén.

A Los Alamos-i laboratóriumot eredetileg 1943-ban hozták létre szigorúan titkos helyszínként az első nukleáris fegyverek kifejlesztésére. Az új-mexikói Santa Fe közelében található, ma az Egyesült Államok kormányának kutatási és fejlesztési létesítménye.

“Amikor Alex és én értesültünk a Los Alamos-i kísérletekről, a reakciónk az volt, hogy “hűha, az inerciális fúzió már működött!”. Laboratóriumi méretű pelleteket gyújtottak meg, a részleteket titkosították, de annyit nyilvánosságra hoztak, hogy tudtuk, a gyújtást sikerült elérni” – mondja Galloway úr.

A magfúzió a hidrogénmagok összeolvadásának folyamata, amely során hatalmas mennyiségű energia keletkezik. A reakció során hélium keletkezik, nem pedig a hasadási folyamat hosszú élettartamú radioaktív hulladékai, amelyeket a meglévő atomerőművekben használnak.

Ha a fúzió hasznosítható, akkor bőséges mennyiségű villamos energiát ígér, amelyet CO2-kibocsátás nélkül állítanak elő.

Ezek a kísérletek az 1980-as években vezettek ahhoz, hogy az amerikai kormány megépítette a kaliforniai National Ignition Facility-t (NIF), egy olyan projektet, amely azt vizsgálta, hogy a nukleáris üzemanyaggranulátumok meggyújthatók-e egy erős lézer segítségével.

Több mint egy évtizedes munka után, 2022 végén a NIF kutatói áttörést értek el. A tudósok elvégezték az első olyan ellenőrzött fúziós kísérletet, amely során a reakcióból több energiát nyertek, mint amennyit a reakciót kiváltó lézer szolgáltatott.

Miközben a fizikusok világszerte csodálkoztak az áttörésen, a NIF tudósainak a vártnál sokkal tovább tartott.

“Energiahiányban szenvedtek” – mondja Galloway úr.

Nem úgy érti, hogy több falatra volt szükségük, ehelyett a NIF lézere éppen csak elég erős volt ahhoz, hogy begyújtsa az üzemanyaggranulátumot.

Galloway úr és Valys úr úgy gondolja, hogy az erősebb lézerek lehetővé teszik majd egy működő fúziós reakció létrehozását, amely képes lesz áramot szolgáltatni az elektromos hálózatba. Ennek érdekében alapították a denveri székhelyű Xcimert.

A NIF-nek be kellett érnie egy olyan lézerrel, amely két megajoule energiát tudott kipumpálni. Galloway úr és Valys úr olyan lézerekkel terveznek kísérletezni, amelyek akár 20 megajoule energiát is képesek szolgáltatni.

“Úgy gondoljuk, hogy 10-12 [megajoules] az ideális érték egy kereskedelmi erőmű számára” – mondja Galloway úr.

Egy ilyen lézersugár erőteljes ütést mérne az üzemanyagkapszulára. Olyan lenne, mintha egy 40 tonnás, 60 mérföld/órás sebességgel haladó nyerges vontató energiáját a másodperc néhány milliárdod részéig a centiméteres kapszulára fókuszálnánk.

Az erősebb lézerek lehetővé teszik, hogy az Xcimer nagyobb és egyszerűbb üzemanyagkapszulákat használjon, mint a NIF, amelynek nehézséget okozott a tökéletesítésük.

Az Xcimer több tucat más szervezethez csatlakozik világszerte, amelyek működő fúziós reaktort próbálnak építeni.

Két fő megközelítés létezik. A fűtőelemek lézerrel történő szétzúzása az inerciális bezártsági fúzió kategóriájába tartozik.

A másik, mágneses bezártságú fúziónak nevezett módszer erős mágneseket használ, hogy csapdába ejtsen egy égő atomfelhőt, az úgynevezett plazmát.

Mindkét megközelítésnek ijesztő mérnöki kihívásokat kell leküzdenie.

Különösen az, hogy hogyan lehet a fúzió során keletkező hőt kivonni, hogy valami hasznosat lehessen vele csinálni, például egy turbinát meghajtani, hogy villamos energiát termeljen?

“Azt hiszem, az a szkepticizmusom, hogy még nem láttam egy meggyőző koncepcionális ábrát sem arról, hogyan lehet kezelni az energia kivonásának folyamatát, miközben a fúziós reakció tovább folyik” – mondja Ian Lowe professzor az ausztráliai Griffith Egyetemről.

Hosszú pályafutását az energiakutatás és -politika területén töltötte. Lowe professzor támogatja a fúziós technológia fejlesztését, de azt állítja, hogy egy működő fúziós reaktor nem fog elég gyorsan elkészülni ahhoz, hogy segítsen csökkenteni a CO2-kibocsátást és kezelni az éghajlatváltozást.

“Aggodalmam az, hogy még a legoptimistább nézetek szerint is szerencsések lehetünk, ha 2050-re kereskedelmi fúziós reaktorokkal rendelkezünk. Márpedig jóval azelőtt dekarbonizálnunk kell az energiaellátást, ha nem akarjuk elolvasztani a bolygót” – mondja.

Egy másik kihívás, hogy a fúziós reakció nagy energiájú részecskéket termel, amelyek lebontják az acélt, vagy bármely más anyagot, amely a reaktormagot béleli.

A fúziós iparban dolgozók nem tagadják a mérnöki kihívásokat, de úgy érzik, hogy leküzdhetők.

Az Xcimer azt tervezi, hogy a fúziós reakció körül áramló olvadt sóból álló “vízesést” használ a hő elnyelésére.

Az alapítók bíznak abban, hogy képesek lesznek a lézereket elsütni és az üzemanyagkapszulákat kicserélni (két másodpercenként egyet), miközben az áramlást fenntartják.

Az olvadt só áramlása elég vastag lesz ahhoz is, hogy elnyelje a nagy energiájú részecskéket, amelyek potenciálisan károsíthatják a reaktort.

“Csak két viszonylag kis lézersugár jön be mindkét oldalról… [of the fuel pellet]. Így csak egy olyan résre van szükség az áramlásban, amely elég nagy ezekhez a sugarakhoz, és így nem kell az egész áramlást ki- és bekapcsolni” – mondja Valys úr.

De milyen gyorsan tudnak egy ilyen rendszert működésre bírni?

Az Xcimer azt tervezi, hogy két évig kísérletezik a lézerrel, mielőtt megépíti a célkamrát, ahol célba tudják venni az üzemanyaggolyókat.

A végső fázis a működő reaktor lenne, amelyet reményeik szerint a 20-30-as évek közepén csatlakoztatnának az elektromos hálózatra.

Az első fázis finanszírozására az Xcimer 100 millió dollárt (77 millió font) gyűjtött össze. A pénzt egy denveri létesítmény és a lézerrendszer prototípusának megépítésére fordítják.

A működő reaktor megépítéséhez további több százmillió dollárra lesz szükség.

De az Xcimer és más fúziós induló vállalkozások alapítói számára az olcsó, szénmentes villamos energia lehetősége ellenállhatatlan.

“Tudja, ez megváltoztatja az emberiség fejlődésének lehetséges pályáját” – mondja Valys úr.