Kihasználnák a csillagok energiáját

Az atomenergia hasznosításának új generációján dolgoznak a kutatók nemzetközi együttműködésben Dél-Franciaországban. Az ITER-ben a maghasadás helyett az atommagok egyesülésekor felszabaduló energiát szeretnék az emberiség szolgálatába állítani. Az elképzelés ígéretes, de még akkor is több évtized kell a fúziós áramtermelő reaktorok elterjedéséig, ha minden akadályt sikerül leküzdeni.

A kísérleti atomerőműben három magyar kutató is dolgozik Forrás: ITER

Nagy mennyiségű, biztonságos és szén-dioxid-kibocsátástól mentes villamosenergia-termeléssel kecseget az a kísérleti fúziós atomerőmű, amelynek építése nagyjából kétharmadánál tart a franciaországi Cadarache-ban, Marseille-től mintegy hetven kilométerre. Az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) a világ GDP-jének mintegy nyolcvan százalékát képviselő hét fél (Európai Unió, USA, Oroszország, Japán, India, Kína, Dél-Korea) közötti nemzetközi tudományos együttműködés azzal a céllal jött létre, hogy megvizsgálják a nukleáris fúzió energiaforrásként való felhasználásának lehetőségét. Az atomenergia ilyen formájú, békés hasznosításáról Ronald Reagan és Mihail Gorbacsov állapodott meg 1985-ben.

A létesítményben a hidrogén két izotópja, a deutérium és a trícium magját egyesítik majd, amelynek során egy héliumatommag és egy nagy energiájú neutron keletkezik. Ez a neutron akkora energiával rendelkezik, hogy ha kiszabadulna, nyolc másodperc alatt elérné a Holdat. Ezt az energiát hőtermelésre, majd áramtermelésre lehet fogni. Jelenleg 35 ország kutatói, köztük három magyar szakember dolgozik a 20 milliárd euró összköltségvetésű projekten, a kiadásokat a fenti nyolc tag állja.

– Azt a folyamatot szeretnénk utánozni, ami a Napban is végbemegy több milliárd éve – kezdte a program bemutatását Kirsten Haupt, az ITER kommunikációs szakértője a létesítmény sajtóbejárásán. – A fúzió plazmában jön létre. Az anyag negyedik halmazállapotát ismerjük a sarki fény vagy a villámlás kapcsán, illetve az univerzum anyagának kilencven százaléka plazmaállapotban létezik – magyarázta. A fele-fele arányban deutériumból és tríciumból álló gázelegy, az üzemanyag a plazmaállapotot egy hatalmas, 23 ezer tonnás, fánk alakú acélszerkezet, a tokamak belsejében éri majd el külső hevítés útján. Mivel a Földön más környezet uralkodik, mint a Napban, ezért a csillagunk hőmérsékletének nagyjából tízszeresére, 150 millió Celsius-fokra lesz szükség a tokamakban, ahol lényegében egy kör alakú, állandó villám jön létre vákuumban.

Néhány méterrel odébb viszont már az abszolút nulla fok közeli hőmérsékletet (–273,15 Celsius-fok) kell előállítaniuk a szakembereknek. Mivel a plazma nem érhet hozzá a tokamak falához – hiszen az azonnal elpárologna –, a világ legnagyobb és legerősebb elektromágneseivel tartják majd távol az acéltól. A mágneseket szupravezetőkből építik, amelyek melegben kevésbé jól látják el a feladatukat, mint a tervezett –269 Celsius-fokon. Az egész világegyetemben nincs ilyen közel egymáshoz két ennyire különböző hőmérséklet. Ez az egyik legnagyobb kihívás, egy másik pedig a plazmaállapot folyamatos fenntartása, de nagy feladat a neutronok befogása és hasznosítása is. Mindemellett pedig cél az is, hogy az elektromágneshez, a plazmahevítéshez és általában a rendszer fenntartásához betáplált energiánál többet állítson elő a létesítmény, vagyis ne legyen veszteséges. A befektetett energia tízszeresét szeretnék kinyerni.

A kísérleti atomerőműben három magyar kutató is dolgozik
Fotó: ITER

Az ütemterv szerint 2025-ben hozzák majd létre az első plazmát, de további tíz év kell majd a kísérletek befejezéséhez. – Amennyiben elkészül az erőművi modell, az a méreteiből adódóan nagyjából 2000 megawatt villamos energia termelésére lesz majd alkalmas, vagyis egy fúziós erőmű áramtermelő kapacitása várhatóan akkora lesz, mint a paksi atomerőműé – válaszolt a Magyar Nemzetnek Kiss Gábor, az ITER mérnöke, aki az üzemanyag-befecskendezés technológiáján dolgozik. A másik két magyar mérnök a rendszer távfelügyeletét, illetve a diagnosztikát fejleszti.

A nagy mennyiségű, tiszta villamos energiára nagy szükség mutatkozik már most is, és számolni kell emellett azzal, hogy a világ áramfogyasztása a következő húsz-harminc évben a mainak a duplájára nő. A fúziós áramtermeléshez azért is fűznek nagy reményeket, mert mindössze egy kilogramm tríciumból és egy kilogramm deutériumból álló üzemanyag annyi energiát nyújt, mintha egy éven át hatvan vagon szenet tüzelnének el minden nap. Emellett nem bocsát ki sugárzó anyagot a létesítmény, és akkor sem jelent veszélyt, ha rázuhan egy utasszállító repülő. A láncreakció kizárt, hiszen nem maghasadásról van szó. A mellékterméke pedig még jól is jöhet a világnak: a héliumból most hiány mutatkozik.

Az ITER méretét és funkcióját tekintve egyedi, de fúziós kísérleti reaktor már nem egy épült a világon a hatvanas évek óta. Ezek egyike a Wigner Jenő Fizikai Kutatóközpontban, Csillebércen található, az egy méter átmérőjű eszköz tanulsága, hogy bizonyos méret alatt nem működik. Az angliai JET (Joint European Tokamak) a betáplált energia hatvan százalékát adja vissza, ez a létesítmény jelenleg a legnagyobb működő fúziós reaktor. Kissé eltér a tokamaktól a németországi Greifswaldban működő sztellarátor, amelyet nemrég helyeztek üzembe. Az ITER-t, miután ellátta feladatát és a kutatók minden lehetséges kísérletet elvégeztek rajta, elbontják a 2050-es évekig.