Laserová inercionální fúze je strategickým budoucím trhem pro fotoniku. Její proveditelnost byla prokázána. V Německu se formují konsorcia z průmyslu a výzkumu, aby využila klimaticky neutrální a intrinsicky bezpečný zdroj energie a vytvořila silné dodavatelské řetězce. Stát podporuje vývoj základních technologií pro fúzní elektrárny více než jednou miliardou eur. Tyto přístupy skrývají vysoký inovační potenciál nad rámec fúze. Důležití aktéři se setkají na LASER 2025 na aplikačním panelu „Laserová fúze: Energizace fotonického průmyslu“. Pod vedením Fraunhofer ILT se zaměří na tržní potenciály a příležitosti fúze. Laserová inercionální fúze je na prahu přechodu z základního výzkumu do aplikovaného vývoje technologií. Německo učinilo kroky k rychlému využití klimaticky neutrálního, celodenně dostupného zdroje energie. Od doby, kdy vláda v jarním roce 2024 zahájila program „Fúze 2040 – Výzkum na cestě k fúzní elektrárně“, se formovalo 16 konsorcií s dotačním objemem 140 milionů eur. Korporace, střední podniky, start-upy, výzkumné instituce a vysoké školy spojují své kompetence, aby vyvinuly základní technologie pro fúzní elektrárny. Je to začátek výzkumné ofenzívy, kterou Německo do roku 2030 podpoří více než jednou miliardou eur. K tomu se přidávají soukromé investice zapojených firem. Tyto investice pocházejí převážně z fotonického průmyslu a rozpoznaly fúzi jako strategický budoucí trh.
Aplikační panel »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry« na LASER
Aplikační panel v rámci Laser World of Photonics se zaměří na potenciál pro fotonický průmysl. Pod vedením Dr. Jochen Stollenwerka, prozatímního ředitele Fraunhoferova institutu pro laserovou techniku ILT v Aachenu, budou přední odborníci z průmyslu a vědy diskutovat o stavu techniky, výzvách a fotonických řešeních. Úvodní přednášku panelu „Laser Fusion: Energizing Photonics Industry“ povede Prof. Constantin Häfner, člen představenstva pro výzkum a transfer Fraunhoferovy společnosti. Až do konce roku 2019 byl jako programový ředitel pro pokročilé fotonické technologie v Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii, USA, odpovědný za vývoj nejvýkonnějších laserových systémů na světě, s nimiž se na tamní National Ignition Facility (NIF) poprvé podařilo zapálit fúzní plazma.
Od svého přechodu do Německa přináší Häfner svou odbornost mimo jiné jako poradce vlády v Fúzním výboru Spolkového ministerstva pro výzkum, technologie a vesmír (BMFTR) a jako vedoucí expertní komise pro laserovou fúzi. Ve své úvodní přednášce se zaměří na příležitosti Německa a Evropy na budoucím trhu laserové fúze; to také s ohledem na,
že německé fotonické společnosti hrály jako dodavatelé technologií a hardwaru nezanedbatelnou roli při výstavbě NIF.
„Vybudování výkonných dodavatelských řetězců v oblasti fotoniky je předpokladem technické a ekonomické proveditelnosti fúzní elektrárny,“ říká Häfner. Na této cestě je ještě třeba mnoha inovací. Tyto inovace vyvolají v důsledku očekávané velikosti trhu rozsáhlé transformace na dnešním trhu průmyslových laserů, laserových aplikací a optiky. Ve formě spill-over.
Efekty by se mohly projevit na trhu s fotonikou již v krátkodobém horizontu díky probíhajícímu výzkumu a vývoji.
Startovní signál pro budování silných dodavatelských řetězců
S vytvořením prvních konsorcií v programu „Fusion 2040“ byl dán startovní signál pro nezbytnou inovační ofenzivu. Projekty spojují aktéry z oblasti fotoniky, optiky a materiálových věd a jejich kompetence. Zaměřují se na vývoj a výrobu vysoce efektivních diodových laserů a robustních optických skel a krystalů. Ty budou používány v nepřetržitém provozu komerčních
Jaderné elektrárny jsou vystaveny extrémním zatížením. Jejich úkolem je pumpovat laserové pulzy na potřebnou energetickou úroveň, aby se směs izotopů vodíku deuteria a tritia přeměnila na plazma a zapálila jejich fúzi. Pro komerční provoz je třeba za sekundu zapálit deset až dvacet cílů s touto směsí. Také u těchto cílů – kuliček velikosti hlavičky špendlíku – a u první stěny reaktoru existuje potřeba vývoje. Ta je vystavena neutronům uvolněným při fúzi a tepelnému záření.
150 milionů stupňů Celsia vystavené fúznímu plazmatu. Oblasti vývoje se také otevírají v oblasti tritiového cyklu a, pokud možno, aditivní výroby složitých komponentů elektráren. Tato témata se zabývají konsorcia. Již dnes je zřejmé, že zmíněné spill-over efekty budou mít dopad na fotoniku a její uživatelské obory. Jedním z projektů je zaměřeno na významné zvýšení výkonu diodových laserů při současném výrazném snížení nákladů v důsledku plně automatizované výroby. Pokud konsorcium dosáhne
jeho cíle, pak by diodové lasery mohly napříč odvětvími rozvinout transformativní – a částečně disruptivní potenciál. Také pro vysokovýkonné zdrojové paprsky a optická skla, která jsou potřebná pro fúzní elektrárny, existuje poptávka z jiných trhů. A roste potřeba laserů, které mohou být použity jako sekundární zdroje pro generování EUV, neutronového nebo rentgenového záření. Jsou
mimo jiné pro kombinovanou rentgenovou a neutronovou obrazovou techniku. Tento postup by měl umožnit optické a materiálové analýzy obsahu skrze stěny uzavřených sudů a kontejnerů. Laserové zdroje paprsků jsou klíčem k miniaturizaci částicových urychlovačů potřebných pro tuto technologii a jejich integraci do kompaktních zařízení.
Základní fyzika funguje – Začátek vývoje aplikací
Vývoj laserové fúze se od 5. prosince 2022 – dne průlomu v NIF – rychle posouvá kupředu. Podle odhadu Häfnera zvýšení využití AI ještě více urychlí tempo inovací. Pro optimalizaci experimentů v americkém zkušebním zařízení je AI již v provozu: Zatímco na konci roku 2022 uvolnila iniciace fúzového plazmatu 3,15 megajoule (MJ) 1,5násobek energie potřebné pro iniciaci laseru, NIF na konci roku 2024 hlásila zvýšení na 5,2 MJ – a v květnu 2025 na 8,6 MJ. Fúze tak uvolnila 4,13krát více energie, než kolik laser zaostřil na cíl. Úspěšné experimenty dokazují, že základní fyzika funguje. Zařízení však není navrženo pro výrobu energie, ale pro výzkum plazmatu. Ve svých 192 paralelních paprscích pumpují zábleskové lampy a speciální skla energetickou úroveň laserových pulsů na potřebnou úroveň. Po každé iniciaci musí systém vychladnout, protože ani optické komponenty, ani laserový systém, ani materiály spalovací komory nejsou navrženy pro nepřetržitý provoz elektrárny.
Na cestě k konceptům a technologiím vhodným pro elektrárny
Aby bylo možné využít fúzní technologii v elektrárnách, je potřeba zcela nových konceptů. Jejich vývoj byla zahájen vládou prostřednictvím programu 'Fúze 2040'. Účast průmyslu v prvních výběrových řízeních byla obrovská. Vývoj optických, fotonických a materiálových technologií pro elektrárny již začal. Do roku 2030 je k dispozici více než miliarda eur na technologicky otevřený výzkum: vedle laserové inercionální fúze je na programu magnetická fúze. Konsorcia spojují výrobce laserů, optiky, povrchových úprav, stále více technologií výroby založených na AI, jakož i zkoušecí techniky a vývoje softwaru s výzkumnými institucemi, aby využila obrovský potenciál fotonického trhu budoucnosti. Spolupráce průmyslu a vědy spojuje znalosti, procesy - a dodavatelské řetězce. To vytváří základ pro komerční využití fúze. Jako intrinsicky bezpečný zdroj energie by se měla vedle větrné a solární energie stát spolehlivým stavebním kamenem energetického systému, který je odpojen od uhlíkového cyklu.
Aplikační panel 'Laserová fúze: Oživování fotonického průmyslu'
Datum: Úterý, 24. června 2025
Čas: 10:30 – 12:00 hodin
Místo: Halle A2.561
Předseda: Dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT
Panel, mimo jiné s:
Prof. Constantin Häfner, ředitel výzkumu a transferu, Fraunhofer-Gesellschaft
Prof. Thomas Thiemann, senior viceprezident (SVP), Siemens Energy
Dr. Ulrich Steegmüller, technologický ředitel (CTO) a senior viceprezident (SVP), ams OSRAM
Dr. Frank Nürnberg, globální vedoucí prodeje optiky, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, generální ředitel (CEO), Layertec GmbH
Kontakt
