Egy lépéssel közelebb Teller Ede álmához: magyar közreműködéssel döntött rekordot az oxfordi mesterséges Nap

Az EUROfusion konzorcium kutatói rekordmennyiségű, 59 megajoule fúziós energiát értek el fenntartható körülmények között a Joint European Torus (JET) berendezésben, jelentette be szerdán az EUROfusion. (Összevetésképpen: az 1 kilogramm TNT felrobbantásával nyerhető energia kevesebb mint 4,2 megajoule.) 

A fúziós szakértők közé tartoznak az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont kutatói is, tájékoztatta az rtl.hu-t Szabolics Tamás kutatómérnök, az intézmény sajtófelelőse.

A JET nem más, mint az Egyesült Királyság Atomenergia Hatóságának (UKAEA) oxfordi telephelyén üzemelő tokamak típusú kísérleti fúziós reaktor, ami deutérium-trícium (D-T) üzemanyagkeveréket használ a hihetetlenül forró plazma előállításához. A JET fánk formájú reaktorában a Nap középpontjánál tízszer magasabb, 150 millió fok hőmérsékletű plazmát képesek a kutatók létrehozni és szabályozni. (Ezért nevezik gyakran a sajtóban mesterséges Napnak a JET-hez hasonló berendezéseket.)

A szerdán nyilvánosságra hozott, új rekordot jelentő kísérletben 

a JET összesen 59 megajoule energiát termelt fúzióból a kísérlet öt másodperce alatt. 

A berendezés a kísérlet során átlagosan körülbelül 11 megawatt fúziós teljesítményt ért el másodpercenként. A kísérlet hosszát a rendelkezésre álló fűtőberendezések és mágneses teret előállító tekercsek lehetőségei korlátozták, a berendezésben a deutérium-trícium plazma lényegében állandó állapotban volt.

A JET út az ITER-hez

A mostani, 5 másodpercig tartó, minden korábbinál nagyobb energiájú kísérlet is alátámasztja, hogy a fúziós energiatermelés a biztonságos, fenntartható és alacsony szén-dioxid-kibocsátással járó energiatermelés záloga lehet a jövőben. A JET-et működtető EUROfusion kutatói és mérnökei szerint a friss fúziós eredmények teljes mértékben megfelelnek az előrejelzéseknek, ezzel pedig megerősítették a Dél-Franciaországban épülő ITER kísérleti fúziós erőmű tervezési alapjait. 

A JET, ami a világ legnagyobb és egyetlen valós fúziós üzemanyaggal üzemelni képes tokamak berendezése, a mostani plazmakísérlettel megdöntötte az 1997-es 21,7 megajoule fúziós rekordot, ráadásul úgy, hogy a 25 évvel ezelőttinek több mint a kétszeresét sikerült most elérni. A rekord az EUROfusion által tervezett kísérletsorozat részeként született, amelynek célja több mint két évtized fúzióskutatás-eredményeinek tesztelése, valamint a felkészülés a nemzetközi ITER projekt optimális indulására.

Az ITER nemzetközi együttműködés keretében épül, Dél-Korea, az Európai Unió, India, Japán, Kína, Oroszország és az USA részvételével, és mind méretében, mind fejlettségében túlmutat majd a JET-en. A tudományos kutatómunka mellett az ITER elsődleges célja a fúziós energiatermelés technológiai megvalósíthatóságának demonstrálása. Az ITER kísérletben a JET-hez hasonló reaktor nagyobb teljesítménnyel és akár 1000 másodpercig is képes lesz üzemelni, amitől a plazmafizikusok azt várják, hogy a jövő fúziós reaktorainak fizikai és technológiai folyamatait tudják demonstrálni.

Teller Ede álma

Bernard Bigot, az ITER főigazgatója szerint a JET-en elért új eredmények azt igazolják, hogy az ITER kísérlet jó úton halad a fúziós energiatermelés megvalósítása felé:

A hosszan fenntartott deutérium-trícium fúzió ilyen – közel ipari léptékű – teljesítményszinten jelentős megerősítés mindazoknak, akik részt vesznek a fúziós kutatások világméretű küldetésében.

Tony Donné az EUROfusion program vezetője is optimista:

Ha fenn tudjuk tartani a fúziót öt másodpercig, akkor megtehetjük öt percig, majd öt órán keresztül is, ha fejlesztjük jövőbeli berendezéseinket.

Zoletnik Sándor, az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK), Fúziós Plazmafizika Laboratórium vezetője a mostani eredménnyel kapcsolatban azt hangsúlyozta, hogy a fúziós energiatermelés a kutatók sok évtizedes álma, amelyet elsők között javasolt a magyar származású Teller Ede. Zoletnik szerint a fizikusok már a legelején is tudták, hogy a feladat bonyolult. Az 1970-es évekre világos lett, hogy nagy és rendkívül összetett berendezésekre lesz szükség, amilyeneket csak széles nemzetközi együttműködésben lehet megvalósítani:

Erre legfontosabb példa az Európai Unió által épített és többek között magyar részvétellel is üzemeltetett JET berendezés. A mostani eredmény a magyar fúziós kutatóközösség számára is megerősíti, hogy érdemes az ITER berendezésbe fektetett hazai munkát fokozni.

Az EK több laboratóriuma, elsősorban a Fúziós Plazmafizika Laboratórium és a Fúziós Technológia Laboratórium részt vesz a világ több fúziós kutatási projektjében, így a JET-ben is. Az EK kutatói fejlesztik például az ITER egyik biztonságvédelmi rendszerét. A JET plazma szélén egy magyar-angol kutatócsoport műszere méri a sűrűséget lítiumatomok belövésével. Ebben a mérési módszerben az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Plazmafizikai Laboratóriumának kutatói a világon elismert legjobb szakértők. Saját fejlesztésű  mérőberendezésüket megépítették a JET mellett a világ több nagy fúziós berendezésére is.

A fúziós kutatások egyik fő hajtóereje annak felismerése, hogy az energiatermelés szén-dioxid-mentesítése elengedhetetlen az éghajlatváltozás hatásainak csökkentéséhez. A fúzió mint biztonságos, hatékony, valamint alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiaforrás hosszú távon jelentős szerepet játszhat ebben a feladatban. Az ehhez vezető út fontos lépése a szerdai bejelentés.

A fúziós energia

A fúziós energiatermelés a maghasadáson alapuló fissziós energiatermelés, azaz a hagyományos atomerőművek tisztább, biztonságosabb alternatívája lehet a jövőben. A magfúzió során könnyű elemek atommagjai egyesülnek, hatalmas mennyiségű energiát szabadítva fel. Ilyen fúzió zajlik például a Napban is. A Nap energiaháztartását meghatározó folyamatban hidrogénatommagok egyesülnek magas hőmérsékleten héliummá. 

A fúzió kontrollált körülmények közötti alkalmazása tiszta, nem eredményez sem üvegházhatású gázokat, sem hosszú ideig sugárzó anyagokat, valamint közel kifogyhatatlan energiaforrást jelentene. Az ehhez szükséges kis mennyiségű üzemanyag, a víz és a lítium a Földön mindenhol megtalálható. 

A fúziós energiatermeléshez speciális geometriájú mágneses összetartó térre van szükség. A tokamak nevű, fánk alakú tartály szolgál arra, hogy a magas hőmérsékletű, plazma halmazállapotú, neutronban gazdag hidrogént erős mágneses mezőben tartsák.

Mivel ez egy kényes egyensúlyi állapot, amit rendkívül bonyolult és nehéz fenntartani, a fúziós technológia természeténél fogva képtelen elszabadulni, nem alakulhat ki veszélyes láncreakció, így amellett, hogy tiszta, biztonságosabb is, mint az atomerőművek. Éppen ezért számos tudós a fúziós energiában látja az energia-előállítás jövőjét – sokáig úgy tűnt, hogy hosszú évtizedekbe telhet, mire sikerül valóban hasznosítani, de az elmúlt években felgyorsultak az események a fúziós reaktorokban.

Nyitókép: fotómontázs a plazmáról és a JET tokamak belsejéről – Fotó: UKAEA