Kezdhetik elölről az egészet? Csúszik a fúziós csodaerőmű építése

2022. december 10. 21:13
A friss hírek szerint újra messzebb kerülünk a megváltónak tartott fúziós erőmű megvalósulásától. Még legalább két-három évtized, mire a nap működési elvét utánozva nagyobb léptékben, végtelen áramtermelésre tudjuk fogni az atomokat.
Pósa Tibor írása a Makronómon.

A Franciaországban épülő fúziós prototípus erőműnek, azaz a Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktornak (ITER) tervezett átadása legalább öt évet, 2035-re fog csúszni. Így az energia „Szent Gráljára” még tovább kell várni. Ha valami váratlan felfedezés nem történik, akkor a fúziós elven működő atomreaktorok széles körű kereskedelmi megjelenése bőven áttolódik a század második felébe. 

Elvben tehát hiába rendelkezik az emberiség a csodás energiával, az olcsó és tiszta hidrogán-hélium fúzióval, hogy gyakorlatban is birtokolja azt, ahhoz először is sok, várhatóan több évtizedes türelmet kell tanúsítania.

Mint ismert: az elméleti fizikusok már száz éve foglalkoznak a fúziós energia elméletével, ami azt jelenti, hogy itt a Földön leutánozzuk a Napban zajló folyamatokat, és megteremtjük a körülményeket a magfúzióhoz, amelynek energiájából elektromos áramot termelhetünk. 

A Nap magjában 10 millió Celsius-fokos hőmérsékleten, óriási gravitációs nyomás által történik a hidrogén atommagok fúziója, amelynek következtében hélium és rengeteg energia jön létre. 

A fiatal és középkorú csillagok is hatalmas mennyiségű fúziós energiát sugároznak ki. Az emberiség túlnyomó többsége felfogta ennek gazdasági jelentőségét, így mára a nemzetek java csatlakozott a földi magfúziós kísérleteket övező együttműködéshez, ami már önmagában is siker.

Laboratóriumban már igazolták az elképzelést

A Földön azonban nincs könnyű dolgunk: itt a Napban lezajló folyamatnál mesterségesen csak jóval alacsonyabb nyomást tudunk produkálni, ezért a két atommag egyesüléséhez 100 millió Celsius-fok feletti hőmérséklet kell. A jelenlegi ismereteink szerint pedig nem tudunk előállítani olyan anyagot, amely ezt a hőt kibírná. Ezért szupermeleg gázt, plazmát használnak erre, és mágneses mezőben (a reaktor falától így távol tartva a szuperforró anyagot) próbálják az atommagokat e plazmában egyesíteni. Az ITER-ben erre egy 18 méter (hat emeletnyi) magas, 1350 tonnás reaktorkemencében kerülne sor. (Egy ekkora reaktort darabokra szedve is csak legalább 34 darab pótkocsis kamion tudna elszállítani.)

Laboratóriumi körülmények között ezt a folyamatot pár másodpercig tartó sikeres kísérlettel igazolták. Ennyi elég is, hogy az időtartamot növeljük, ez az ITER esetében már 400 másodpercig tarthat. 

A fúzió alapvető céljai közt szerepel a magas hő termelése, a stabil állapotú plazma létrehozása, és a fúziós ütem fenntartása legalább nyolc percig, ami nem távoli célkitűzés, hiszen 480 másodpercig kellene kitartania az egyesülések folyamatának. A deutérium- és tríciummagok (a hidrogén izotópjai) egyesülése során hélium atommag és nagy energiájú neutron jön létre.

Példás nemzetközi együttműködés

A Nemzetközi Űrállomás mellett ez a második tudományos elképzelés, amely ennyi országot érdekeltségbe fogott össze: mintegy 35 állam csatlakozott az ITER-tervezethez. 

A tudománypolitika malmai azonban lassan őrölnek: az 1980-as években kezdődött puhatolódzás a nemzetközi együttműködés tető alá hozásáról. A hidegháborúban indult projekt számára tehát eléggé kalandos út vezetett addig, míg a 2000-es évek elejére felállt a résztvevők köre. 

Washington és szövetségese, Kanada többször ki- és belépett az együttműködésbe. Az Egyesült Államok, Kína, India, Oroszország, Dél-Korea, Japán, Nagy-Britannia, az Európai Unió tagállamai – hogy csak a jelentősebbeket említsük – még 2006-ban megalapították az ITER-t, hogy átfogó kísérleteket végezzenek a magfúzió kutatása terén. 

A kísérleti reaktor helyszínéül ki is választották a dél-franciaországi Cadarache térségét. Az építés, amelyre a kezdetekben tíz évet szántak, javában zajlik Saint-Paulles-Durance-ben, ám a 2008-ban kezdődött munkálatokat máig nem fejezték be. 

A kísérleti reaktor működési idejét húsz évben határozták meg. A részt vevő országok tízmilliárd dolláros költségvetést szavaztak meg az egész tervezetre, a pluszkiadásokat pedig az államok gyűlésének kell jóváhagynia, ám a következő találkozó jövő nyáron esedékes.

Miért ennyire fontos a magfúzió?

Miért ez a rendkívüli érdeklődés a fúziós technológia iránt? Mert az egész emberiségnek kell a tiszta, szabályozható, kiszámítható és tervezhető energia. A fúzió biztonságos. Ha valami probléma merül fel, a fizikai törvényeknél fogva szinte azonnal, automatikusan leáll a reaktor, ezzel a technológiával elképzelhetetlen a csernobili, a fukushimai vagy bármilyen hasonló baleset.

A fúziós reaktorok alacsony szén-dioxid-kibocsátásúak, a jelenlegi maghasadásos technológiákkal szemben a visszamaradt anyag felezési ideje nem hosszú évezredekben, hanem évtizedekben, esetleg legfeljebb évszázadokban mérhető. A jelenleg az atomreaktorokban használt uránium-235 maghasadásánál háromszor több energiát termel. A tudósok megállapítása szerint a deutérium-trícium fúzió termeli a legtöbb energiát, és ehhez kell a legkisebb energiabefektetés.

A magfúzió hatalmas hőmérsékleten valósul meg, mintegy 150 millió Celsius-fokot kell elérni az ITER 840 köbméteres tartályában a kísérleti plazmafúzióhoz. A folyamat körülbelül négyszáz másodpercig tart. Noha az ITER már képes lesz fúziós energia termelésére, ezzel csak bizonyítani akarják a magas hőmérsékleten megvalósuló magfúzió tényét. Az ITER 500 megawattos teljesítményét meghaladó 2000 MW-os DEMO reaktora lesz majd képes ipari méretekben az áramtermelésre. De annak még igazi céldátuma sincsen…

Repedések

De mi a baj a készülő kísérleti reaktorral, amiről a napokban számolt be az ITER Organization új vezetője, Pietro Barabaschi? A szokásos hiba, amelyet már januárban a flamanville-i hagyományos reaktornál megállapított a francia Nukleáris Biztonsági Hatóság, az ASN. Mégpedig repedéseket találtak a Dél-Koreából érkezett reaktoron, amelyek csak speciális mikroszkóppal fedezhetők fel. . Fennáll a veszélye annak, hogy ilyen magas hőmérsékeleten végzett egyesülés deformálhatja akár még az épületet is. Egyszerűbben: egy kis plazmafluktuáció esetén is leolvadhat és tönkremehet a csillagászati árú reaktor.

A francia mérnökök közlése szerint ráadásul nem egyedi hibákat találtak, hanem szerintük

az egész koncepció, amilyen módon a reaktort tervezték, illetve a tartály készült, rossz.

Ennek korrigálása – kezdve a újratervezéstól egészen a megvalósításig – öt évet vesz igénybe, tegyük hozzá: legalább. Arról nem is szólva, hogy ki kell emelni az épületből a hibásnak bizonyult monstrumot. 

Ez alapján most úgy tűnik, hogy talán majd az évszázad második felében, jobbára csak utódaink élvezhetik a fúziós energia áldásait. 

Tehát továbbra is a legfontosabb a türelem. Ha hihetünk a tudósoknak, egyszer a kezünkben lesz a csillagok energiája itt a Földön.

Bár talán a mai középkorú felnőttek nyugdíjas korára, mondjuk egy-két évtizeden belül, mégis megvalósulhat valami. Ha nem is a csigalassúságú állami-központi projektek, hanem a még eléggé apró, bár dollármilliárdokkal megtámogatott startupok révén. Valahogy úgy, ahogy a nem állami űrprogramok sikereket értek el az elmúlt években a nagyokkal szemben. A tíz legígéretesebb fúziós energia startupról itt olvashatnak.

(Fotó: 123RF)


Kedvelje a Makronómot Facebookon!



Összesen 117 komment

Jelenleg csak a hozzászólások egy kis részét látja.
Hozzászóláshoz és a további kommentek megtekintéséhez lépjen be, vagy regisztráljon!

A kommentek nem szerkesztett tartalmak, tartalmuk a szerzőjük álláspontját tükrözi.
Hozzászóláshoz és a további kommentek megtekintéséhez lépjen be, vagy regisztráljon!

Bejelentkezés