A Napban és a többi csillagban zajló energiatermelő folyamat földi megvalósítása beláthatatlan távlatokra ígér biztos energiaellátást, de létrehozása egyben óriási tudományos-műszaki kihívás is. Két, egymástól erősen eltérő úton közelítenek a kutatók az erőművi megoldás felé. Az egyiknél mágneses terekkel tartják össze a plazmát, a másiknál parányi üzemanyagcseppeket hevítenek fel, hogy végbemenjenek a mikrorobbanások.
Mágneses plazmaösszetartás
A százmillió fokra felhevített üzemanyagot, a hidrogén nehéz izotópjait (deutérium, trícium) erős mágneses térrel tartják össze, a ma legsikeresebb berendezés típus a tokamak, ebben gyűrű (tórusz) alakú térrészbe zárják a plazmát. Az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb tokamakokat építettek, fokozatosan közelítettek az erőművi reaktor méreteihez. Az ötvenes évek elején kezdett fejlesztő munka a nyolcvanas évekre már olyan költségessé vált, hogy folytatásához nemzetközi összefogásra volt szükség. Gorbacsov, Mitterand, Reagen egyetértése biztosította a politikai hátteret, 1988-ban az Európai Közösség, Japán, a Szovjetunió és az USA megegyezett egy nagy közös kísérleti berendezés megépítéséről, ez az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor). Tíz évig folyt az ITER mérnöki tervezése, 1998-ban már a helyszínről, a költségek megoldásáról kellett volna dönteni, de ekkor az amerikaiak kiléptek az együttműködésből.
Az Európai Unió, Japán és Oroszország megegyezésre jutottak: a három fél felépíti az ITER-t, de a korábban tervezettnél olcsóbb, tehát kisebb berendezést építenek. Az eredeti ITER 1989. januári dollárban számolva 5,8 milliárdba, az új, kisebb változat 3,2 milliárdba, mai dollárban mintegy 4,3 milliárdba kerül. Az alapcél változatlan, továbbra is a jövendő erőmű prototípusának tekintik a körülbelül 2013-ra elkészülő berendezést, bár kevesebb fizikai és műszaki előtanulmányra nyújt lehetőséget.
A friss jó hírek tudománypolitikaiak. Január végén George W. Bush elnök bejelentette, hogy az Egyesült Államok újra csatlakozik az ITER programhoz. Az elnök szerint „A fúzió ipari megvalósítása drámaian megnövelheti Amerika energiaellátási biztonságát, miközben jelentősen csökkenti a légszennyezést és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását.” Spencer Abraham energiaügyi miniszter Princetonban, a plazmafizikai laboratóriumban jelentette ki: „Egy ma született gyerek életében az energiaigények a mainak a háromszorosára fognak nőni, a növekedés nagyrésze a fejlődő világban jelenik meg. Ha a fúziós energiatermelés beválik a gyakorlatban, akkor pont a megfelelő időpontban jelenik meg. Rendelkezésre áll a növekvő igények kielégítésére.” Az Európai Unió kutatási biztosa, Philippe Busquin az amerikai döntést kommentálva kiemelte, hogy az amerikai csatlakozás jelentősen hozzájárul majd az ITER sikeréhez és a költségek megosztásához. Az Európai Unió az EURATOM keretprogramjában a 2003-2006 időszakban 750 millió eurót fordít fúziós kutatásokra, ez a legnagyobb tétel az EURATOM 1250 millió kutatási költségvetésében. Az amerikai csatlakozással egyidőben Kína és a Koreai Köztársaság komoly tárgyalásokat folytat a csatlakozásról.
Ma a JET (Joint European Torus) berendezés a világ legnagyobb és legsikeresebb fúziós kísérleti eszköze. A JET is tórusz elrendezésű, erre utal nevében a T betű, a JE pedig az európai összefogásra. A JET megépítéséről még 1978-ban döntöttek az Európai Uniós országok atomenergetikai szervezetének, az EURATOM-nak a tagjai. Az óriási kísérleti berendezés 1983 óta üzemel, azóta többször modernizálták. 1991-ben itt értek el a világon először szabályozott fúziót. (1991. novemberben, kb. 1 másodpercig 2 megawatt hőteljesítmény szabadult fel. Ennek az eléréséhez viszont mintegy 14 megawatt teljesítményt kellett befektetni, tehát nem volt energianyereséges a folyamat. A kísérletben a hidrogén két nehéz izotópja, a deutérium és a trícium olvadt össze.) A JET üzemeltetését a britek végzik, de a program nemzetközi, 2000 óta az EFDA, az európai fúziós fejlesztési egyezmény keretében alakítják ki.
2000-ben jött létre a Magyar-EURATOM Fúziós Társulás a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet (RMKI) koordinálásával, a KFKI Atomenergia Kutatóintézet és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem részvételével. A JET-nél az RMKI munkatársai vezetik egy plazmadiagnosztikai módszer bevezetését és alkalmazását, az ITER tervezéséhez pedig modellszámításokat végeznek.
Fúzió mikrorobbantásokkal
Decemberben a kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban üzembe helyezték az épülő lézerfúziós rendszer első négy nyalábját. Teljes kiépítésben 192 lézernyaláb gondoskodik majd a parányi, lefagyasztott deutérium-trícium üzemanyagcsepp felhevítéséről, összenyomásáról. Ez lesz a világ legnagyobb lézere. A D-T tartalmú kapszula külső héját a nagyteljesítményű lézernyalábok elpárologtatják, ennek ellenhatásaként a töltetben létrejön a fúzió megvalósulásához szükséges sűrűség. A most kipróbált négy lézernyaláb összesen 43 ezer joule energiájú infravörös lézerfényt bocsátott ki a másodperc 5 milliárdod része alatt. Ez a 8 terawattos teljesítmény tízszerese az USA teljes villamoserőművi teljesítményének.
Az egész rendszer futballpályányi területet foglal el, a kivitelezés 1997-ben kezdődött. Az építkezés jóváhagyásakor 1,2 milliárd dolláros építési és további 1 milliárd dolláros kutatási-fejlesztési költséget hagytak jóvá. (A költségeket korábban még alacsonyabbra becsülték, 1995-ben összesen „csak” 1,8 milliárd dollárral számoltak, 15 évi működtetési költséget is beleszámítva.)
A program jóváhagyásakor az ígéretes energiatermelési mód kidolgozása csak az egyik, talán nem is a legfontosabb szempont volt. A berendezés megépítését az atomfegyverek fejlesztésével foglalkozó szakemberek nélkülözhetetlennek tartották az amerikai nukleáris fegyverek megbízhatóságának fenntartásához. 2000-ben azonban veszélybe került ennek a valaha volt legnagyobbak közé tartozó amerikai tudományos beruházásnak a jövője. A számvevőszék feltárta, hogy a költségek elérik a 4 milliárdot és az eredetileg tervezett 2004-es indulással szemben 2008 előtt nem készülhet el a rendszer. Az új adatok fényében az alapkutatók már túl drágának tartották a programot. Az energiatermelés megvalósításán fáradozók pedig egyre kevésbé reménykednek abban, hogy ez a műszaki megoldás valaha is gazdaságos lehet. A katonai fejlesztők változatlanul fontosnak tartották a rendszer megépítését, tehát az építkezés folytatódott.
A mikrorobbantásos kísérleteknél, a mágneses plazmaösszetartásos vizsgálatokhoz hasonlóan, az egyre nagyobb rendszerek építésével párhuzamosan fontos kísérleteket végeznek kisebb berendezéseken. A Sandia Nemzeti Laboratóriumban (Albuquerque, USA) gyors plazmakisüléssel 800 ezer fok hőmérsékletre fűtötték egy kis arany üreg belsejét. A kisülés energiája az üregben jó hatásfokkal termikus röntgen-sugárzássá alakul át. Ezzel a röntgen-sugárzással a fúziós kapszulát eredeti méretének 14-21-ed részére tudták összenyomni. Ekkora kompressziót lézeres kísérletekkel még nem sikerült elérni. A következő kísérletsorozatban már 2,5 millió fokos hőmérsékletet szeretnének elérni.
Szóljon hozzá!