Fuzia prin inerție bazată pe laser este o piață strategică de viitor pentru fotonica. Fezabilitatea sa a fost demonstrată. În Germania, se formează consorții din industrie și cercetare pentru a valorifica sursa de energie climatic neutră și intrinsec sigură și pentru a crea lanțuri de aprovizionare eficiente. Statul sprijină dezvoltarea tehnologiilor de bază pentru centralele de fuziune cu peste un miliard de euro. Abordările oferă un mare potențial de inovație dincolo de fuziune. Actori importanți se întâlnesc la LASER 2025 la Panoul de Aplicații „Fuziune cu laser: Energizarea industriei fotonice”. Condus de Fraunhofer ILT, acesta analizează potențialele de piață și oportunitățile fuziunii. Fuziunea prin inerție bazată pe laser este pe cale de a trece de la cercetarea fundamentală la dezvoltarea tehnologică aplicată. Germania a luat măsuri pentru a valorifica cât mai repede sursa de energie climatic neutră, disponibilă 24 de ore din 24. De când guvernul federal a lansat în primăvara anului 2024 programul „Fuziune 2040 – Cercetare pe drumul către centrala de fuziune”, 16 consorții s-au format cu un volum de finanțare de 140 de milioane de euro. Corporații, IMM-uri, start-up-uri, institute de cercetare și universități își unesc competențele pentru a dezvolta tehnologii de bază pentru centralele de fuziune. Aceasta este deschiderea unei ofensive de cercetare, pe care Germania o sprijină cu peste un miliard de euro până în 2030. La acestea se adaugă investiții private din partea companiilor implicate. Acestea provin în mare parte din industria fotonică și au recunoscut fuziunea ca pe o piață strategică de viitor.
Panel de aplicații »Laser Fusion: Energizarea industriei fotonice« la LASER
Un panel de aplicații în cadrul Laser World of Photonics va explora potențialul pentru industria fotonică. Condus de Dr. Jochen Stollenwerk, directorul interimar al Institutului Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT din Aachen, experți de frunte din industrie și știință vor discuta despre stadiul tehnicii, provocări și soluții fotonice. Prezentarea de deschidere a panelului „Laser Fusion: Energizing Photonics Industry” va fi susținută de Prof. Constantin Häfner, membru al consiliului pentru cercetare și transfer al Societății Fraunhofer. Până la sfârșitul anului 2019, el a fost director de program pentru Tehnologii Avansate de Fotoni la Laboratorul Național Lawrence Livermore din California, SUA, fiind responsabil pentru dezvoltarea celor mai puternice sisteme laser din lume, cu ajutorul cărora, la National Ignition Facility (NIF) de acolo, s-a reușit pentru prima dată aprinderea unui plasme de fuziune.
De la transferul său în Germania, Häfner își aduce expertiza, printre altele, ca consultant al guvernului federal în consiliul de fuziune al Ministerului Federal pentru Cercetare, Tehnologie și Spațiu (BMFTR) și ca lider al comisiei de experți pentru fuziunea laser. În prezentarea sa, el va evidenția oportunitățile Germaniei și Europei pe piața viitorului în domeniul fuziunii laser; acest lucru având în vedere,
că companiile germane de fotonica au jucat un rol semnificativ ca furnizori de tehnologie și hardware în construcția NIF.
„Construirea unor lanțuri de aprovizionare eficiente în fotonica este o condiție prealabilă pentru fezabilitatea tehnică și economică a unei centrale nucleare de fuziune“, spune Häfner. Pe acest drum, sunt necesare încă numeroase inovații. Acestea vor genera transformări semnificative în piața actuală a laserelor industriale, aplicațiilor laser și opticii, datorită dimensiunii de piață așteptate. Sub formă de spill-over.
Efectele cercetării și dezvoltării în curs de desfășurare ar putea avea deja un impact pe termen scurt asupra pieței fotonicii.
Startul construirii unor lanțuri de aprovizionare eficiente
Odată cu formarea primelor consorții în programul „Fusion 2040”, a început ofensiva necesară de inovație. Proiectele reunesc actori din domeniul fotonicii, opticii și științei materialelor și competențele acestora. Un accent deosebit se pune pe dezvoltarea și fabricarea laserelor cu diode de înaltă eficiență, precum și a sticlelor și cristalelor optice robuste. Acestea vor fi utilizate în funcționare continuă comercială.
Centralelor li se impun sarcini extreme. Sarcina lor este de a pompa impulsuri laser la o frecvență ridicată pentru a aduce un amestec de izotopi de hidrogen, deuteriu și tritiu, la nivelul necesar de energie pentru a-l transforma în plasmă și a declanșa fuziunea acestora. Pentru o operare comercială, trebuie să fie aprinse între zece și 20 de ținte cu acest amestec pe secundă. De asemenea, există nevoie de dezvoltare și pentru aceste ținte – bile de dimensiunea unei ace – și pentru prima pereți a reactorului. Acesta din urmă este expus neutronilor eliberați în timpul fuziunii și radiației termice a peste.
expunerea la plasme de fuziune cu temperaturi de 150 milioane grade Celsius. Domeniile de dezvoltare se deschid, de asemenea, în cadrul ciclului de tritiu și al fabricării aditive, pe cât posibil, a componentelor complexe ale centralelor electrice. Aceste subiecte sunt abordate de consorții. Deja astăzi este evident că efectele de spill-over menționate vor avea loc în fotonica și în industriile utilizatoare. Astfel, unul dintre proiecte vizează creșteri semnificative ale performanței laserelor cu diode, concomitent cu costuri foarte reduse datorită fabricării complet automatizate. Dacă consorțiul reușește
obiectivele sale, atunci diodele laser ar putea dezvolta un potențial transformațional – și parțial disruptiv – în diverse industrii. De asemenea, există cerere din alte piețe pentru surse de radiație de înaltă performanță și pentru sticlele optice necesare centralelor de fuziune. În plus, există o cerere în creștere pentru lasere care pot fi utilizate ca surse secundare pentru generarea de radiații EUV, neutroni sau raze X. Ele sunt
printre altele, pentru o imagistică combinată cu raze X și neutroni. Procedeul ar trebui să permită analize optice și materiale ale conținutului prin pereții butoaielor și containerelor închise. Sursele de laser sunt cheia pentru a miniaturiza acceleratoarele de particule necesare și a le integra în dispozitive compacte.
Fizica de bază funcționează – Începutul dezvoltării aplicațiilor
Dezvoltarea fuziunii laser progresează rapid, cel puțin din 5 decembrie 2022 – ziua în care s-a realizat o breșă în NIF. Potrivit estimărilor lui Häfner, utilizarea tot mai mare a inteligenței artificiale va accelera și mai mult ritmul inovației. Pentru optimizarea experimentelor în instalația de testare din SUA, inteligența artificială este deja utilizată: dacă la sfârșitul anului 2022, inițierea plasmei de fuziune a eliberat 3,15 megajouli (MJ), de 1,5 ori mai mult decât energia laserului necesară pentru inițiere, NIF a raportat la sfârșitul anului 2024 o creștere la 5,2 MJ – și în mai 2025 la 8,6 MJ. Astfel, fuziunea a eliberat de 4,13 ori mai multă energie decât laserul a concentrat asupra țintei. Experimentele de succes demonstrează că fizica fundamentală funcționează. Totuși, instalația nu este concepută pentru generarea de energie, ci pentru cercetarea plasmei. În cele 192 de traiectorii paralele, lămpile cu blitz și sticlele speciale pompează nivelul de energie al pulsurilor laser la nivelul necesar. După fiecare inițiere, sistemul trebuie să se răcească, deoarece nici componentele optice, nici sistemul laser sau materialele camerei de ardere nu sunt concepute pentru o funcționare continuă a centralei electrice.
Pe drumul către concepte și tehnologii adecvate centralelor electrice
Pentru a face tehnologia fuziunii utilizabilă în centralele electrice, sunt necesare concepte complet noi. Dezvoltarea acestora a fost inițiată de guvernul federal prin programul „Fuziunea 2040”. Participarea industriei la primele licitații a fost enormă. A început dezvoltarea tehnologiilor de centrale electrice optice, fotonice și științifice ale materialelor. Până în 2030, sunt disponibile mai mult de un miliard de euro pentru cercetarea deschisă la tehnologie: pe lângă fuziunea bazată pe laser, fuziunea magnetică se află pe agenda de lucru. Consorțiile reunesc producători de lasere, optică, procese de acoperire, tehnologie de fabricație din ce în ce mai bazată pe inteligență artificială, precum și din domeniul testării și dezvoltării software-ului cu instituții de cercetare pentru a valorifica potențialul enorm al pieței fotonice de viitor. Colaborarea dintre industrie și știință leagă cunoștințe, procese - și lanțuri de aprovizionare. Aceasta creează baza pentru o utilizare comercială a fuziunii. Ca sursă de energie intrinsec sigură, aceasta ar trebui să devină, alături de energia eoliană și solară, o componentă fiabilă a unui sistem energetic decuplat de ciclul carbonului.
Panoul de aplicații „Fuziunea cu laser: Energizarea industriei fotonice”
Data: Marți, 24 iunie 2025
Ora: 10:30 - 12:00
Locația: Halle A2.561
Președinte: Dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT
Panel, printre altele, cu:
Prof. Constantin Häfner, Consiliul de Cercetare și Transfer, Fraunhofer-Gesellschaft
Prof. Thomas Thiemann, Vicepreședinte Senior (SVP), Siemens Energy
Dr. Ulrich Steegmüller, Chief Technology Officer (CTO) & Vicepreședinte Senior (SVP), ams OSRAM
Dr. Frank Nürnberg, Director Global de Vânzări Optică, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, Director General (CEO), Layertec GmbH
Contact
