Az emberiség régóta álmodik egy tiszta és gyakorlatilag korlátlan energiaforrás kiaknázásáról, amely megoldást nyújthatna a globális energiaigényekre és a környezeti kihívásokra. A magfúzió, a Nap energiatermelésének mintájára, pontosan ezt az ígéretet hordozza. Bár a működő fúziós erőművek megvalósítása még várat magára, német tudósok egy jelentős lépéssel kerültek közelebb ehhez a célhoz, miközben eredményeik egy régóta fennálló napfizikai rejtélyre is fényt deríthetnek. A Max Planck Plazmafizikai Intézetben üzemelő Wendelstein 7-X kísérleti berendezésben elért eredmények új távlatokat nyitnak a fúziós kutatásban.
Különös anomália foglalkoztatja régóta a napfizikusokat: a Nap légkörében időnként hatalmas, hélium-3 ionokból álló felhők jelennek meg, amelyek koncentrációja akár tízezerszerese is lehet a környezetükben megszokottnak. Ennek a jelenségnek a pontos mechanizmusa eddig ismeretlen volt, ám a németországi fúziós kísérletek most közvetett bizonyítékkal szolgálhatnak a háttérben zajló folyamatokra. A kutatók feltételezik, hogy a Napban természetesen keletkező elektromágneses hullámok gyorsíthatják fel ezeket a hélium-3 részecskéket, létrehozva a megfigyelt koncentrációkat. A Wendelstein 7-X berendezésben végzett kísérletek, amelyek során hasonló rezonanciafolyamatokat vizsgáltak, megerősíthetik ezt az elméletet, így a földi energiakutatás váratlan módon járulhat hozzá a Nap rejtélyes működésének jobb megértéséhez.
A fúziós energia előállításának kulcsa a rendkívül magas hőmérsékletű, ionizált gáz, azaz a plazma egyben tartása és fűtése. A sztellarátorok, mint amilyen a Wendelstein 7-X is, komplex mágneses mező segítségével formálnak kalitkát a több millió Celsius-fokos plazma számára, megakadályozva, hogy az hozzáérjen a reaktorkamra falához. A jövőbeli fúziós erőművek deutériumból és tríciumból (a hidrogén izotópjai) állítanának elő héliumot, miközben hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. Ebben a folyamatban nagy energiájú alfa-részecskék (hélium-4 atommagok) keletkeznek, amelyek alapvető szerepet játszanak a plazma fűtésében és a fúziós reakció önfenntartásában. Ha ezek az alfa-részecskék túl gyorsan elszöknek a mágneses térből, a plazma lehűl, és a reakció leáll.
Mivel a Wendelstein 7-X egy kísérleti eszköz és méreteiben kisebb egy majdani erőműnél, a tudósok egyfajta szimuláció segítségével vizsgálják az alfa-részecskék viselkedését. Ebben a modellben könnyebb hélium-3 ionokat használnak, amelyeket speciális módszerrel gyorsítanak fel a kívánt energiaszintre. A német kutatócsoport egy csúcstechnológiát képviselő eljárást, az úgynevezett ion ciklotron rezonancia fűtést (ICRH) alkalmazta sikerrel. Ez a technika nagy teljesítményű, rádiófrekvenciás elektromágneses hullámokat használ. A hullámokat a hidrogént és hélium-4-et tartalmazó plazmába vezetik, és pontosan arra a frekvenciára hangolják, amelyen a hélium-3 ionok a mágneses térben természetes módon keringenek. Ennek eredményeként a hélium-3 ionok hatékonyan nyelik el a hullámok energiáját és felgyorsulnak, utánozva az alfa-részecskék viselkedését egy valódi reaktorban.
A Wendelstein 7-X-ben elért sikeres hélium-3 ion gyorsítás nem csupán a Nap fizikájának jobb megértéséhez visz közelebb, hanem létfontosságú lépés a fúziós energia gyakorlati megvalósítása felé is. Bizonyítja, hogy a sztellarátor koncepció képes lehet a fúzióhoz szükséges körülmények biztosítására és a nagy energiájú részecskék hatékony plazmában tartására. Ez a felfedezés megerősíti, hogy az ICRH technológia kulcsfontosságú eszköz lehet a jövő fúziós erőműveinek plazmafűtésében és a reakció stabilitásának fenntartásában. Bár a tiszta energia korszaka még nem érkezett el, az ilyen kutatási eredmények egyre közelebb hozzák azt a napot, amikor a csillagok energiáját a Földön is képesek leszünk békés célokra hasznosítani, miközben az univerzum más, távoli asztrofizikai jelenségek megértéséhez is közelebb kerülünk. A német kutatók eredményei így kettős sikert jelentenek: egy lépést a fenntartható energiatermelés és egyet a kozmosz titkainak megfejtése felé.
