La fusione inerziale basata su laser è un mercato strategico futuro per la fotonica. La sua fattibilità è stata dimostrata. In Germania si stanno formando consorzi tra industria e ricerca per sviluppare una fonte di energia intrinsecamente sicura e climaticamente neutrale e per creare catene di approvvigionamento competitive. Lo Stato sostiene lo sviluppo delle tecnologie di base per le centrali a fusione con oltre un miliardo di euro. Gli approcci offrono un alto potenziale di innovazione oltre la fusione stessa. Attori importanti si incontrano alla LASER 2025 per il panel applicativo »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«. Guidato dal Fraunhofer ILT, esplora potenziali di mercato e opportunità della fusione. La fusione inerziale basata su laser è pronta a passare dalla ricerca di base allo sviluppo tecnologico applicato. La Germania ha preso le misure necessarie per sviluppare rapidamente la fonte di energia disponibile 24 ore su 24 e climaticamente neutrale. Da quando il governo federale ha avviato nella primavera del 2024 il programma »Fusion 2040 - Ricerca verso la centrale a fusione«, si sono formati 16 consorzi con un volume di finanziamento di 140 milioni di euro. Grandi aziende, PMI, startup, istituti di ricerca e università uniscono le loro competenze per sviluppare tecnologie di base per le centrali a fusione. Questo segna l'inizio di un'offensiva di ricerca che la Germania finanzierà con oltre un miliardo di euro entro il 2030. A ciò si aggiungono investimenti privati delle aziende partecipanti. Questi provengono per la maggior parte dall'industria fotonica e hanno riconosciuto la fusione come un mercato strategico futuro.
Pannello di applicazione »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry« alla LASER
Un panel applicativo nell'ambito della Laser World of Photonics esplorerà il potenziale per l'industria fotonica. Guidato dal Dr. Jochen Stollenwerk, direttore ad interim dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT di Aquisgrana, esperti di spicco dell'industria e della scienza discuteranno dello stato della tecnologia, delle sfide e delle soluzioni fotoniche. La presentazione del panel »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry« sarà tenuta dal Prof. Constantin Häfner, membro del consiglio per la ricerca e il trasferimento della Fraunhofer-Gesellschaft. Fino alla fine del 2019, è stato direttore del programma per le tecnologie fotoniche avanzate presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California, USA, dove è stato responsabile dello sviluppo dei sistemi laser più potenti al mondo, con i quali è riuscito per la prima volta a innescare un plasma di fusione presso la National Ignition Facility (NIF).
Da quando si è trasferito in Germania, Häfner porta la sua esperienza anche come consulente del governo federale nel consiglio di fusione del Ministero federale della ricerca, della tecnologia e dello spazio (BMFTR) e come presidente della commissione di esperti per la laserfusione. Nella sua presentazione, esplorerà le opportunità della Germania e dell'Europa nel mercato futuro della laserfusione; questo anche alla luce del fatto che
le aziende tedesche di fotonica hanno svolto un ruolo non trascurabile come fornitori di tecnologia e hardware nella costruzione della NIF.
»La creazione di catene di approvvigionamento potenti nella fotonica è una condizione necessaria per la fattibilità tecnica ed economica di una centrale a fusione«, afferma Häfner. Per arrivarci, sono necessarie ulteriori innovazioni. Queste porteranno trasformazioni significative nel mercato attuale dei laser industriali, delle applicazioni laser e delle ottiche, a causa delle dimensioni di mercato previste. In forma di spill-over
effetti, la ricerca e lo sviluppo in corso potrebbero già avere un impatto a breve termine sul mercato della fotonica.
Inizio della creazione di catene di approvvigionamento competitive
Con la formazione dei primi consorzi nel programma »Fusion 2040«, è iniziata l'offensiva necessaria per l'innovazione. I progetti uniscono attori della fotonica, dell'ottica e della scienza dei materiali e le loro competenze. Un focus è sulla sviluppo e produzione di laser a diodo ad alta efficienza e vetri e cristalli ottici robusti. Questi saranno sottoposti a carichi estremi nel funzionamento continuo delle
centrali commerciali. Il loro compito è quello di pompare impulsi laser ad alta frequenza al livello di energia necessario per trasformare una miscela di isotopi di idrogeno deuterio e trizio in plasma e innescare la loro fusione. Per un funzionamento commerciale, devono essere innescati da 10 a 20 obiettivi al secondo con questa miscela. Anche per questi obiettivi - palline delle dimensioni di un ago - e per il primo muro del reattore c'è bisogno di sviluppo. Quest'ultimo è esposto ai neutroni rilasciati dalla fusione e all'irraggiamento termico del plasma di fusione che supera
i 150 milioni di gradi Celsius. Si stanno aprendo anche campi di sviluppo nel ciclo del trizio e nella produzione additiva, se possibile, di componenti complessi per centrali. Questi temi sono affrontati dai consorzi. Già oggi è chiaro che gli effetti spill-over menzionati si verificheranno sulla fotonica e sui suoi settori di applicazione. Uno dei progetti mira a significativi aumenti di prestazioni dei laser a diodo con costi notevolmente ridotti grazie alla produzione completamente automatizzata. Se il consorzio
raggiunge i suoi obiettivi, i laser a diodo potrebbero avere un potenziale trasformativo - e in parte dirompente - in vari settori. C'è anche domanda da altri mercati per sorgenti di alta potenza e per i vetri ottici necessari per le centrali a fusione. E c'è una crescente necessità di laser che possano essere utilizzati come sorgenti secondarie per generare radiazione EUV, neutroni o raggi X. Sono
richiesti, tra l'altro, per un'imaging combinato di raggi X e neutroni. Il metodo dovrebbe consentire analisi ottiche e materiali del contenuto attraverso le pareti di fusti e contenitori chiusi. Le sorgenti laser sono la chiave per miniaturizzare gli acceleratori di particelle necessari e integrarli in dispositivi compatti.
La fisica fondamentale funziona - Inizio dello sviluppo applicativo
Lo sviluppo della laserfusione stessa sta avanzando rapidamente almeno dal 5 dicembre 2022 - il giorno della svolta nella NIF. Secondo Häfner, l'aumento dell'uso dell'IA accelererà ulteriormente il ritmo dell'innovazione. Per ottimizzare gli esperimenti nell'impianto di prova statunitense, l'IA è già in uso: se l'innesco del plasma di fusione alla fine del 2022 ha liberato 3,15 megajoule (MJ), che è 1,5 volte l'energia laser necessaria per l'innesco, la NIF ha riportato alla fine del 2024 un aumento a 5,2 MJ - e a maggio 2025 a 8,6 MJ. Così la fusione ha liberato 4,13 volte più energia di quella focalizzata sul bersaglio dal laser. Gli esperimenti di successo dimostrano che la fisica fondamentale funziona. Tuttavia, l'impianto non è progettato per la produzione di energia, ma per la ricerca sul plasma. Nei suoi 192 percorsi di fascio paralleli, lampade flash e vetri speciali pompono il livello di energia degli impulsi laser al livello necessario. Dopo ogni innesco, il sistema deve raffreddarsi, poiché né i componenti ottici né il sistema laser o i materiali della camera di combustione sono progettati per un funzionamento continuo della centrale.
Verso concetti e tecnologie adatti per centrali
Per rendere utilizzabile la tecnologia di fusione nelle centrali elettriche, sono necessari concetti completamente nuovi. Lo sviluppo di questi è stato avviato dal governo federale con il programma 'Fusion 2040'. La partecipazione dell'industria nei primi bandi è stata enorme. È iniziato lo sviluppo di tecnologie per centrali elettriche ottiche, fotoniche e dei materiali. Fino al 2030 sono disponibili oltre un miliardo di euro per la ricerca aperta alla tecnologia: oltre alla fusione inerziale basata su laser, la fusione magnetica è in agenda. I consorzi riuniscono produttori di laser, ottiche, processi di rivestimento, tecnologie di produzione sempre più supportate dall'IA, oltre a esperti di collaudo e sviluppo software con istituti di ricerca, per sfruttare l'enorme potenziale del mercato futuro fotonico. La collaborazione tra industria e scienza connette conoscenze, processi - e catene di approvvigionamento. Questo crea la base per un utilizzo commerciale della fusione. Come fonte di energia intrinsecamente sicura, dovrebbe svilupparsi accanto all'energia eolica e solare come un elemento affidabile di un sistema energetico scollegato dal ciclo del carbonio.
Pannello di applicazione 'Laser Fusion: Energizing Photonics Industry'
Data: Martedì, 24 Giugno 2025
Orario: 10:30 - 12:00
Luogo: Hall A2.561
Presidente: Dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT
Pannello, tra l'altro con:
Prof. Constantin Häfner, Direttore Ricerca & Transfer, Fraunhofer-Gesellschaft
Prof. Thomas Thiemann, Senior Vice President (SVP), Siemens Energy
Dr. Ulrich Steegmüller, Chief Technology Officer (CTO) & Senior Vice President (SVP), ams OSRAM
Dr. Frank Nürnberg, Global Head of Sales Optics, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, Amministratore Delegato (CEO), Layertec GmbH
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