Már tavaly is cikkezett a sajtó arról, hogy Kína áttörést ért el a mesterséges Nap létrehozásában, amikor megalkották az Experimental Advanced Superconducting Tokamakot (EAST), a fúziós erőmű egy miniatűr változatát.
Az ilyen irányú fejlesztések azonban a távol-keleti országban nem álltak le – az EAST mellett ugyanis egy nagyobb buli is futott párhuzamosan a kínaiaknál, a kísérleti üzemmódban lévő új fúziós reaktor pedig a Xinhua hírügynökség szerint jövőre üzemképes is lehet.
A cél természetesen ezúttal is az energiatermelés, méghozzá olcsóbb és tisztább formában. A Szecsuan tartományban felhúzott monstrumban akár 200 millió Celsius-fokot is tudnak generálni, illetve stabilan tartani, a neve pedig igazán szexi, egy új típusú madárinfluenzára emlékeztet: HL–2M. Összehasonlításképp: a Nap belső hőmérséklete mintegy 15 millió Celsius-fok, azaz mintegy tizenháromszor „hidegebb”.
Azt már régóta tudjuk, hogy az atomokban rengeteg felszabadítatlan energia lapul – azonban nemcsak ezek széthasadásából, hanem „összeolvadásából”, fúziójukból is sokat kaszálhatunk. Általában.
Persze a maghasadáson alapuló fissziós erőmű megépítése jóval egyszerűbb – ezért is lepték el a múlt század közepén az ilyen típusú atomreaktorok a világot. A fúziós erőmű bár többet hozhat energetikailag a konyhára, sokkal nehezebb megépíteni, ugyanis irgalmatlan mennyiségű nyomás vagy hőmérséklet szükséges ahhoz, hogy beindítsuk a magfúziót. Csakis így tudjuk a természet legerősebb alapvető kölcsönhatását, a nukleonokat összekötő erős kölcsönhatást felszakítani.
Azonban ha az atommagok közötti potenciálgátat sikerül legyőznünk, nagyságrendekkel több energia szabadul fel, mint amennyit az egész rendszerbe belefektettünk – vagyis a vasnál könnyebb elemek esetében, az ezeknél nehezebb elemek magfúziója ugyanis endoterm, azaz nem nyereséges, hiszen hőfelvétellel jár. (Igen, így a legtöbb vasnál nehezebb elem lényegében nem a csillagok kemencéjében, hanem bizonyos csillagok felrobbanása, azaz szupernóvák során jött létre – ezek az elemek ezért jóval ritkábbak, mint a periódusos rendszerben előtte álló társaik.) A magfúzió legegyszerűbb formája szolgálja egyébként a Nap legfőbb fűtőenergiáját is, amikor is hidrogénatomokból hélium keletkezik, közben pedig ugye irgalmatlan mennyiségű energia szabadul fel.
Ez viszont egy többlépcsős folyamat:
- először két hidrogénatommag olvad össze, így deutérium (nehézhidrogén) keletkezik, melléktermékkén pedig egy pozitron és egy neutrínó.
- A pozitron összeütközik egy elektronnal, így pedig fotonná alakul – s közben energia keletkezik –,
- a deutérium pedig egy újabb hidrogénatommal egyesül, és létrejön a hélium–3.
- Majd két ilyen egyneutronos héliumizotóp egyesüléséből jön létre a végtermék, a hélium leggyakoribb izotópja, a hélium–4, továbbá a reakció során felszabadul újabb két hidrogénatom.
Az atomreaktorokban előidézett fúzió kicsit másképpen fest, mint a Napban: itt ugyanis deutérium mellett tríciumot használnak, amely a hidrogén harmadik, szupernehéz izotópja – mivel utóbbi csak kis mennyiségben található meg a természetben, lítiumból állítják elő a reaktorokban. A fúzió működésében egy tokamak névvel ellátott rendszer segít, amely egy mágneses mezőben tárolja a fúzióhoz szükséges extrém magas hőmérsékletű plazmát.
A tokamak
A 100 millió Celsius-fokos hőmérsékletet is elérő plazma hagyományos tárolókban nem helyezhető el, a tokamak ezt a problémát egy tórusz alakú, erős mágneses tér segítségével oldja meg, a plazma lényegében ebben a térben lebeg. Ez az eddigi legsikeresebb mágneses összetartású fúziós berendezéskonfiguráció. Megalkotása Igor Jevgenyjevics Tamm és Andrej Dmitrijevics Szaharov fizikusok nevéhez kötődik. (via)
Dr. Dunai Dániel, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársa még a júniusi Budapest Science Meetupon mondta azt, hogy
egy gramm deutérium-trícium keverék fúziójából annyi energiát lehetne előállítani, amennyit 10 tonna szénből.
Egy fél kádnyi vízből és egy lítiumos telefonos akkumulátorból épített fúziós rendszer pedig 50 évre elegendő energiát biztosíthatna egy átlagos háztartás számára. Őrületes számok ezek, csak ugye azok a fránya extrém körülmények, amelyek szükségesek a fúzió beindításához és stabilan tartásához.
Viszont ha a megfelelő technológia biztonságosan használhatóvá válik, a fúziós reaktorok olcsóbbak lehetnek a fissziós reaktoroknál, és a keletkezendő radioaktív hulladékot is minimalizálni lehetne, nem is beszélve az atomrobbanás veszélyeinek kiiktatásáról. Egyes előrejelzések szerint 2030 körül világszerte használni fogják a fúziós erőműveket – a nemzetközi tokamak-kutatásfejlesztési projekt, az ITER célja is ez. Kína pedig, mint mindenben, ebben is szeretne az élen járni.
Ez is érdekelhet:
(forrás: Phys,org, a borítóképen egy tokamak látható)