A nanofúziós projekt szakmai vezetője Biró Tamás Sándor, a Wigner Fizikai Kutató­központ RMI gyorsítós lézeres laboratóriumában.

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.•