Laserna osnovana inercijska fuzija je strateški trg prihodnosti za fotoniko. Njena izvedljivost je dokazana. V Nemčiji se oblikujejo konzorciji iz industrije in raziskav, da bi izkoristili podnebno nevtralni in intrinzično varni vir energije ter oblikovali učinkovite dobavne verige. Država podpira razvoj osnovnih tehnologij za fuzijske elektrarne z več kot milijardo evrov. Pristopi prinašajo visoko inovacijsko potencialnost, ki presega samo fuzijo. Pomembni akterji se srečujejo na dogodku LASER 2025 na aplikativni panel »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry«. Pod vodstvom Fraunhofer ILT osvetljuje tržne potenciale in priložnosti fuzije. Laserna osnovana inercijska fuzija je na prehodu iz osnovnih raziskav v razvoj tehnologij, povezanih z aplikacijami. Nemčija je postavila temelje za hitro izkoriščanje podnebno nevtralnega, 24 ur na dan dostopnega vira energije. Odkar je nemška vlada spomladi 2024 začela program »Fuzija 2040 – raziskave na poti do fuzijske elektrarne«, se je oblikovalo 16 konzorcijev s skupnim financiranjem v višini 140 milijonov evrov. Velika podjetja, srednje velika podjetja, start-upi, raziskovalni inštituti in univerze združujejo svoje kompetence za razvoj osnovnih tehnologij za fuzijske elektrarne. To je začetek raziskovalne ofenzive, ki jo Nemčija do leta 2030 podpira z več kot milijardo evrov. Poleg tega so tu še zasebne naložbe sodelujočih podjetij. Te večinoma prihajajo iz fotonske industrije in so prepoznale fuzijo kot strateški trg prihodnosti.
Aplikacijska plošča »Laser Fusion: Energiziranje industrije fotonike« na LASERU
Aplikacijska plošča v okviru Laser World of Photonics bo raziskala potencial za fotonsko industrijo. Pod vodstvom dr. Jochen Stollenwerka, začasnega vodje Fraunhoferjevega inštituta za lasersko tehnologijo ILT v Aachnu, bodo vodilni strokovnjaki iz industrije in znanosti razpravljali o stanju tehnologije, izzivih in fotonskih rešitvah. Uvodno predavanje panela »Laser Fusion: Energizing Photonics Industry« bo imel prof. Constantin Häfner, član uprave za raziskave in prenos Fraunhoferjeve družbe. Do konca leta 2019 je bil kot programski direktor za napredne fotonske tehnologije v Lawrence Livermore National Laboratory v Kaliforniji, ZDA, odgovoren za razvoj najsodobnejših laserskih sistemov na svetu, s katerimi je na tamkajšnjem Nacionalnem centru za prižiganje (NIF) prvič uspelo prižgati fuzijsko plazmo.
Od svojega prehoda v Nemčijo Häfner svojo strokovnost prinaša med drugim kot svetovalec nemške vlade v Fuzijskem svetu Zveznega ministrstva za raziskave, tehnologijo in vesolje (BMFTR) ter kot vodja strokovne komisije za lasersko fuzijo. V svojem uvodnem predavanju bo osvetlil priložnosti Nemčije in Evrope na prihodnjem trgu laserske fuzije; to tudi v luči,
da so nemška podjetja s področja fotonike kot dobavitelji tehnologij in strojne opreme odigrala pomembno vlogo pri gradnji NIF.
»Vzpostavitev zmogljivih dobavnih verig v fotoniki je pogoj za tehnično in ekonomsko izvedljivost fuzijske elektrarne,« pravi Häfner. Na tej poti je potrebnih še številne inovacije. Te bodo zaradi pričakovane velikosti trga povzročile obsežne transformacije na današnjem trgu industrijskih laserjev, laserskih aplikacij in optike. V obliki spill-over.
Učinki lahko že kratkoročno vplivajo na trg fotonike.
Start strel za vzpostavitev močnih dobavnih verig
Z ustanovitvijo prvih konzorcijev v programu »Fusion 2040« je bil dan znak za začetek nujne inovacijske ofenzive. Projekti združujejo akterje s področja fotonike, optike in materialnih znanosti ter njihove kompetence. Pri tem je poudarek na razvoju in proizvodnji visoko učinkovitih diodnih laserjev ter robustnih optičnih stekel in kristalov. Ti bodo uporabljeni v neprekinjenem delovanju komercialnih
Elektrarne so izpostavljene ekstremnim obremenitvam. Njihova naloga je, da z laserskimi pulzi visoke frekvence napumpajo potrebno energijsko raven, da zmes vodikovih izotopov deuterija in tritija pretvorijo v plazmo in sprožijo njuno fuzijo. Za komercialno delovanje je potrebno na sekundo prižgati od deset do dvajset tarč s to zmesjo. Tudi pri teh tarčah – kroglicah velikosti glave zatiča – in pri prvi reaktorjski steni obstaja potreba po razvoju. Le-ta je izpostavljena nevtronovom, ki se sproščajo pri fuziji, in toplotnemu sevanju.
150 milijonov stopinj Celzija vročim fuzijskim plazmam. Razvojna področja se odpirajo tudi pri tritijevem krogu in po možnosti aditivni proizvodnji kompleksnih komponent elektrarn. Ta vprašanja obravnavajo konsorcija. Že danes je mogoče predvideti, da bodo omenjeni učinki prelivanja vplivali na fotoniko in njene uporabniške panoge. Tako eno od projektov cilja na znatno povečanje zmogljivosti diodnih laserjev ob hkrati močno znižanih stroških zaradi popolnoma avtomatizirane proizvodnje. Če konsorcium doseže
njegove cilje, potem bi diodni laserji lahko razvili transformativni – in delno disruptivni potencial v različnih panogah. Tudi za visoko zmogljive žarke in optična stekla, ki so potrebna za fuzijske elektrarne, obstaja povpraševanje iz drugih trgov. Prav tako narašča potreba po laserjih, ki se lahko uporabljajo kot sekundarni viri za proizvodnjo EUV-, nevtronskega ali rentgenskega sevanja. So
med drugim za kombinirano rentgensko in nevtronsko slikanje. Postopek naj bi omogočil optične in materialne analize vsebine skozi stene zaprtih sodov in kontejnerjev. Laserske žarnice so ključne za miniaturizacijo delcev pospeševalnikov, potrebnih za to, in njihovo integracijo v kompaktne naprave.
Osnovna fizika deluje – Začetek razvoja uporabe
Razvoj laserske fuzije se od 5. decembra 2022 – dneva preboja v NIF – hitro napreduje. Po mnenju Häfnerja bo naraščajoča uporaba umetne inteligence še povečala tempo inovacij. Za optimizacijo poskusov v ameriški poskusni napravi se umetna inteligenca že uporablja: če je prižig fuzijskega plazma konec leta 2022 sprožil 3,15 megajoula (MJ), kar je 1,5-krat več od potrebne laserske energije za prižig, je NIF konec leta 2024 poročal o povečanju na 5,2 MJ – in maja 2025 na 8,6 MJ. Tako je fuzija sprožila 4,13-krat več energije, kot jo je laser usmeril na tarčo. Uspešni poskusi dokazujejo, da osnovna fizika deluje. Vendar pa naprava ni zasnovana za proizvodnjo energije, temveč za raziskovanje plazme. V svojih 192 paralelnih žarkovnih poteh bliskovne svetilke in posebna stekla dvigujejo energijski nivo laserskih pulzov na potrebno raven. Po vsakem prižigu se mora sistem ohladiti, saj niti optične komponente niti laserski sistem ali materiali zgorevalne komore niso zasnovani za neprekinjeno delovanje elektrarne.
Na poti do konceptov in tehnologij, primernih za elektrarne.
Za to, da bi fuzijska tehnologija postala uporabna v elektrarnah, potrebujemo povsem nove koncepte. Njihov razvoj je nemška vlada začela s programom »Fuzija 2040«. Industrijska udeležba v prvih razpisih je bila ogromna. Razvoj optičnih, fotonskih in materialnoznanstvenih tehnologij za elektrarne se je začel. Do leta 2030 je na voljo več kot milijarda evrov za raziskave, ki niso omejene na določeno tehnologijo: poleg laserom podprte inercijske fuzije je na dnevnem redu tudi magnetna fuzija. Konzorciji povezujejo proizvajalce laserjev, optike, postopkov premazovanja, vse bolj tudi tehnologij proizvodnje, podprtih z umetno inteligenco, ter izkušenj s testiranjem in razvojem programske opreme z raziskovalnimi ustanovami, da bi izkoristili ogromno potenciala fotonskega trga prihodnosti. Sodelovanje industrije in znanosti povezuje znanje, procese – in dobavne verige. To ustvarja temelje za komercialno uporabo fuzije. Kot intrinzično varna energetska rešitev naj bi se poleg vetrne in sončne energije razvila v zanesljiv gradnik energetskega sistema, ki je odločen od ogljikovega cikla.
Aplikacijska plošča »Laser Fuzija: Energiziranje fotonske industrije«
Datum: torek, 24. junij 2025
Ura: 10:30 – 12:00
Kraj: dvorana A2.561
Predsednik: dr. Jochen Stollenwerk, Fraunhofer ILT
Panel, med drugim z:
prof. Constantin Häfner, vodja raziskav in prenosa, Fraunhofer-Gesellschaft
prof. Thomas Thiemann, višji podpredsednik (SVP), Siemens Energy
dr. Ulrich Steegmüller, glavni tehnolog (CTO) in višji podpredsednik (SVP), ams OSRAM
dr. Frank Nürnberg, globalni vodja prodaje optike, HERAEUS Covantics
Alexander Ancsin, izvršni direktor (CEO), Layertec GmbH
Kontakt
