Laserska inercijska fuzija je strateško tržište budućnosti za fotoniku. Njena izvodljivost je dokazana. U Njemačkoj se formiraju konzorciji iz industrije i istraživanja kako bi se iskoristio klimatski neutralan i intrinsikno siguran izvor energije te stvorili učinkoviti lanci opskrbe. Država potiče razvoj osnovnih tehnologija za fuzijske elektrane s više od milijardu eura. Ovi pristupi sadrže visoki inovacijski potencijal izvan same fuzije. Važni akteri sastaju se na LASER 2025 na aplikacijskom panelu »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«. Pod vodstvom Fraunhofer ILT, panel razmatra tržišne potencijale i prilike fuzije. Laserska inercijska fuzija je na pragu prijelaza iz temeljnih istraživanja u razvoj tehnologije usmjerene na primjenu. Njemačka je postavila temelje za brzo iskorištavanje klimatski neutralnog izvora energije koji je dostupan 24 sata dnevno. Otkako je njemačka vlada u proljeće 2024. pokrenula program »Fusion 2040 – Istraživanje na putu do fuzijske elektrane«, formirano je 16 konzorcija s potporom od 140 milijuna eura. Korporacije, srednji poduzetnici, start-upovi, istraživački instituti i visoke škole udružuju svoje kompetencije kako bi razvili osnovne tehnologije za fuzijske elektrane. To je početak istraživačke ofenzive koju Njemačka financira s više od milijardu eura do 2030. godine. Uz to dolaze privatne investicije uključenih tvrtki. Većinom dolaze iz fotoničke industrije i prepoznale su fuziju kao strateško tržište budućnosti.
Panel primjene »Laser Fuzija: Energiziranje industrije fotonike« na LASER-u
Aplikacijska panel u okviru Laser World of Photonics istražit će potencijal za fotoničku industriju. Pod vodstvom dr. Jochen Stollenwerka, vršitelja dužnosti voditelja Fraunhofer Instituta za lasersku tehnologiju ILT u Aachenu, vodeći stručnjaci iz industrije i znanosti raspravljat će o stanju tehnologije, izazovima i fotoničkim rješenjima. Impulsni govor panela "Laser Fusion: Energizing Photonics Industry" održat će prof. Constantin Häfner, član uprave za istraživanje i transfer Fraunhofer društva. Do kraja 2019. godine bio je direktor programa za napredne fotonske tehnologije u Lawrence Livermore National Laboratory u Kaliforniji, SAD, gdje je bio odgovoran za razvoj najsnažnijih laserskih sustava na svijetu, s kojima je na Nacionalnoj instalaciji za paljenje (NIF) prvi put postignuta paljenje fuzijskog plazma.
Od svog prelaska u Njemačku, Häfner donosi svoje znanje kao savjetnik njemačke vlade u Fuzijskom vijeću Saveznog ministarstva za istraživanje, tehnologiju i svemir (BMFTR) te kao voditelj stručne komisije za lasersku fuziju. U svom uvodnom izlaganju osvijetlit će prilike Njemačke i Europe na tržištu budućnosti laserske fuzije; to također u svjetlu,
da su njemačke fotoničke tvrtke kao dobavljači tehnologije i hardvera odigrale značajnu ulogu u izgradnji NIF-a.
»Izgradnja učinkovitih opskrbnih lanaca u fotonici preduvjet je tehničke i ekonomske izvedivosti fuzijske elektrane«, kaže Häfner. Na tom putu potrebno je još mnogo inovacija. Od njih će, zbog očekivane veličine tržišta, proizaći dalekosežne transformacije na današnjem tržištu industrijskih lasera, laserskih primjena i optike. U obliku spill-overa.
Učinak može utjecati na tržište fotonike već u kratkoročnom razdoblju zbog tekućeg istraživanja i razvoja.
Startni signal za izgradnju snažnih opskrbnih lanaca
S formiranjem prvih konzorcija u programu "Fusion 2040" započela je nužna inovacijska ofenziva. Projekti okupljaju aktere iz fotonike, optike i znanosti o materijalima te njihove kompetencije. Pri tome je fokus na razvoju i proizvodnji visokoefikasnih diodnih lasera, kao i robusnih optičkih stakala i kristala. Oni će se koristiti u kontinuiranom radu komercijalnih
Kraftani su izloženi ekstremnim opterećenjima. Njihova je zadaća pumpati laserske pulse visoke frekvencije na potrebno energetsko nivo kako bi se smjesa izotopa vodika deuterija i tritija pretvorila u plazmu i započela njihova fuzija. Za komercijalnu upotrebu potrebno je po sekundi aktivirati deset do dvadeset ciljeva s ovom smjesom. Također, kod ovih ciljeva – kuglica veličine glave igle – i kod prve reaktorske stijenke postoji potreba za razvojem. Potonja je izložena neutronima koji se oslobađaju tijekom fuzije i termalnom zračenju.
izloženih 150 milijuna stupnjeva Celzija vrućem fuzijskom plazmi. Razvojna polja također se otvaraju u vezi s ciklusom tritija i, gdje god je to moguće, aditivnom proizvodnjom složenih komponenti elektrana. Ove teme adresiraju konzorciji. Već danas je jasno da će navedeni spill-over efekti utjecati na fotoniku i njene industrije korisnike. Tako jedno od projekata ima za cilj značajno povećanje performansi diodnih lasera uz istovremeno snažno smanjenje troškova uslijed potpuno automatizirane proizvodnje. Ako konzorcij postigne
njegove ciljeve, tada bi diodni laseri mogli imati transformativan – i dijelom disruptivan potencijal u različitim industrijama. Također postoji potražnja za visokoučinkovitim izvorima zraka i optičkim staklima potrebnim za fuzijske elektrane iz drugih tržišta. Povećava se i potreba za laserima koji se mogu koristiti kao sekundarni izvori za proizvodnju EUV-, neutronkih ili rendgenskih zračenja. Oni su
između ostalog za kombiniranu rendgensku i neutronsku slikovnu analizu. Postupak bi trebao omogućiti optičke i materijalne analize sadržaja kroz zidove zatvorenih bačvi i kontejnera. Laserski izvori zraka ključni su za miniaturizaciju potrebnih akceleratora čestica i njihovu integraciju u kompaktne uređaje.
Osnovna fizika funkcionira – Početak razvoja primjene
Razvoj laserske fuzije napreduje ubrzano, najkasnije od 5. prosinca 2022. – dana proboja u NIF-u. Prema procjeni Häfnera, sve veća upotreba umjetne inteligencije dodatno će povećati tempo inovacija. Za optimizaciju eksperimenata u američkom ispitnom postrojenju već se koristi umjetna inteligencija: dok je paljenje fuzijskog plazma krajem 2022. oslobodilo 3,15 megadžula (MJ), što je 1,5 puta više od potrebne laserske energije za paljenje, NIF je krajem 2024. izvijestio o povećanju na 5,2 MJ – a u svibnju 2025. na 8,6 MJ. Tako je fuzija oslobodila 4,13 puta više energije nego što je laser usmjerio na cilj. Uspješni eksperimenti dokazuju da osnovna fizika funkcionira. Međutim, postrojenje nije dizajnirano za proizvodnju energije, već za istraživanje plazme. U svojih 192 paralelna snopa, bljeskalice i specijalna stakla podižu razinu energije laserskih impulsa na potrebnu razinu. Nakon svake paljenja, sustav se mora ohladiti, jer ni optičke komponente, ni laserski sustav, niti materijali komore za izgaranje nisu dizajnirani za kontinuirani rad elektrane.
Na putu prema konceptima i tehnologijama pogodnim za elektrane
Kako bi se fuzijska tehnologija u elektranama mogla iskoristiti, potrebni su potpuno novi koncepti. Njihov razvoj pokrenula je savezna vlada programom „Fuzija 2040“. Industrijska sudjelovanja u prvim natječajima bila su ogromna. Razvoj optičkih, fotoničkih i materijalnoznanstvenih tehnologija elektrana je započeo. Do 2030. godine na raspolaganju je više od milijardu eura za istraživanje otvorenih tehnologija: uz lasersku inercijsku fuziju, magnetska fuzija također je na agendi. Konzorcije čine proizvođači lasera, optike, postupaka premazivanja, sve više tehnologije proizvodnje potpomognute umjetnom inteligencijom, kao i iz područja ispitivanja i razvoja softvera, u suradnji s istraživačkim institucijama kako bi iskoristili ogroman potencijal fotoničkog tržišta budućnosti. Suradnja industrije i znanosti povezuje znanje, procese - i lance opskrbe. To stvara temelje za komercijalnu upotrebu fuzije. Kao intrinzično siguran izvor energije, trebala bi se uz vjetroelektrane i solarne energije razviti u pouzdanu komponentu energetskog sustava odvojenog od ugljičnog ciklusa.
Panel aplikacija „Laserska fuzija: Energiziranje fotoničke industrije“
Datum: Utorak, 24. lipnja 2025.
Vrijeme: 10:30 – 12:00 sati
Mjesto: Dvorana A2.561
Predsjedatelj: Dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT
Panel, između ostalog, s:
Prof. Constantin Häfner, član uprave za istraživanje i transfer, Fraunhofer-Gesellschaft
Prof. Thomas Thiemann, viši potpredsjednik (SVP), Siemens Energy
Dr. Ulrich Steegmüller, glavni tehnolog (CTO) i viši potpredsjednik (SVP), ams OSRAM
Dr. Frank Nürnberg, globalni voditelj prodaje optike, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, izvršni direktor (CEO), Layertec GmbH
Kontakt
