Az utóbbi években egyre többet hallani magfúziós energiával kapcsolatos kutatásokról, plazmával üzemelő erőművek építéséről, pár havonta érkeznek ilyen-olyan hírek, hogy mekkora előrelépések történtek a jövő tiszta és biztonságos energiaforrásának kiaknázása terén, így aki kicsit is érdeklődik az energetika iránt, akár azt is gondolhatná, hogy már a napelemes garázskapun dörömböl az olajlobbit és a Roszatomot kenterbe verő, örök életet és ingyen villanyt ígérő új technológia. Amikor a MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont fiatal tudósai meghívtak, hogy nézzünk körbe a csillebérci kampuszon lévő laborjaikban, ahol különféle fúziós energiával kapcsolatos problémák megoldásán dolgoznak, örömmel mondtunk igent, mivel szerettük volna saját szemünkkel látni, milyen is az, amikor az anyagok negyedik halmazállapotával bűvészkednek a fizikusok.
Nagy áttörést értek el a fúziós energia terén
A csaknem egész naposra nyúló látogatás során a Részecske- és Magfizikai Intézet Plazmafizikai Osztály három fiatal kutatójával beszélgettünk. A szót leginkább Réfy Dániel fizikus, a Nyalábemissziós Spektroszkópia Csoport fiatal kutatója vitte, akitől alapos áttekintést kaptunk a fúziós kutatások hátteréről, jelenlegi állásáról. Mellette jó néhány specifikus részletről Szabolics Tamás szoftverfejlesztő mérnök, a Pellet és Videodiagnosztika Csoport tagja és Palánkai Miklós gépészmérnök, az ITER és Fúziós Diagnosztika Fejlesztések Kutatócsoport tagja, főmérnöke adott tájékoztatást. Az alábbiakban az általuk elmondottak foglaljuk össze, készüljenek, hosszú, nagy ívű utazás lesz a kályhától a csillagok belsejéig.
Tény, hogy egyre több ember él a Földön, és az egy főre eső villamosenergia-fogyasztás is nő. Másfelől az átlagos GDP is nő, az energiafogyasztás pedig arányos a GDP növekedésével, látjuk, hogy ezek a jóléti mérőszámok korrelálnak egymással. Az emberiség azon az úton jár, hogy egyre több energiát akar használni, és az energetikának nem feladata ezt megkérdőjelezni vagy filozófiai kérdésekbe bonyolódni – az energetikának az a feladata, hogy ezt az igényt kielégítse. A kérdés az, hogyan lehet energiát termelni. Nos, a baj az, hogy energiát sehogy sem lehet “termelni”. Az energiát csak átalakítani lehet. Az energiamegmaradás törvényének egyik alakja úgy szól, hogy bármilyen gép, ami energiát ad le, az valaminek csökkenti az energiáját.
Mit szoktunk megcsapolni? Alapvetően a következő négy forrást tudjuk elég jó hatékonysággal kiaknázni: a víz, a szél, a fosszilis és a nukleáris energiahordozók energiáját. A víz esetében a lezúduló víz helyzeti energiáját, a szélnek a mozgási energiáját használjuk fel turbinák meghajtására. A fosszilisaknál a kémiai kötési energiákkal játszunk: a szénhidrogének kezdeti kötési energiái magasabb szinten vannak, mint az elégetésük során keletkező égéstermékek – a szén-dioxid, a víz – kötési energiái, a különbséggel kályhát lehet fűteni, vagy fosszilis hőerőművet.
Hasad vagy egyesül, ez itt a kérdés
A nukleáris erőművekkel az atommagban rejlő energiát próbáljuk megcsapolni, és ebben két út áll előttünk: a maghasadás és a magfúzió. Aki tanult középiskolában kémiát, fizikát, tudhatja, hogy a hidrogéntől az uránig terjed azon elemek sora, amik többé-kevésbé stabilak és megtalálhatók a természetben, a periódusos rendszerben az összes többi – transzurán – elemnek olyan rövid a felezési ideje, hogy 13,8 milliárd év alatt, amióta vagyunk (az univerzum és benne mi, az emberek), elfogytak. A természetben föllelhető elemek közül a vas a legstabilabb, elvileg minden, ami nála kevésbé stabil, annak atommagjában lévő energiát a mag átalakításával tudjuk hasznosítani.
Ennek egyik útja az, hogy ha maghasadást idézünk elő: ha van egy nagy stabil atommagunk, és egy neutront hozzáadunk, akkor nagyobb, de instabil lesz, aminek következtében kettéhasad, az atommagot alkotó részecskék közti kötési energia felszabadul. A szabaddá váló neutronok további maghasadásokat idéznek elő, láncreakció jön létre, aminek szabályozásával folyamatos energia nyerhető, ezen az elven működnek az atomerőművek. Kiemelkedően nagy előnye az atomenergiának, hogy óriási az energiasűrűsége, tehát az az energia, amit egy darab atommagból ki lehet nyerni, az sokmilliószor több, mint mondjuk amit egy szénatom elégetéséből kapunk. Ebből következik, hogy nagyságrendekkel kevesebb üzemanyagra is van szükség. Hogy az arányt érzékeltessük, vegyünk egy 1 gigawattos szénerőművet, aminek egy millió (1 000 000) tonna szénre van szüksége évente, vele szemben egy 1 gigawattos atomerőműnek tíz (10) tonna üzemanyag kell évente. Ekkora mennyiséget jóval egyszerűbb tárolni is.
Az összes politikai kérdést messziről elkerülve mondhatjuk, hogy az atomerőművek működnek, a maghasadás alapvetően tiszta és fenntartható energiaforrás, noha kétségkívül vannak vele tagadhatatlan problémák is. Az egyik ilyen keveset emlegetett, de nagy probléma, hogy az urán, abban a tempóban, ahogy most használjuk, pár száz éven belül el fog fogyni – csakúgy mint a fosszilis energiahordozók. Akárhogyan is nézzük, rövid távon minden nem megújuló energiaforrás kimerül.
A másik út a nukleáris energiatermelésben az, hogy könnyű és kicsi atommagokat egyesítünk – erről szól a magfúzió. A kutatók a Földön a deutérium–trícium fúziót szeretnék megvalósítani, azért, mert ezt a legegyszerűbb. Van sok másfajta fúziós reakció is, például a Nap is máshogy működik – a csillagokban proton-proton fúzió, meg szén–nitrogén–oxigén-ciklus zajlik – de míg a Napnak van több százmillió meg milliárd éve erre, az emberiségnek nincs. A deutérium–trícium fúzió mellett szól, hogy ezt a legegyszerűbb megvalósítani földi körülmények között.
Mi a deutérium–trícium fúzió alapja? A hidrogén (1H), a deutérium (2H, D) és a trícium (3H, T) a hidrogén három természetben előforduló izotópja, kémiailag mind hidrogén, de míg a hidrogénatom magja csak egyetlen protont tartalmaz, addig a deutériumé egy protont és egy neutront, a tríciumé meg egy protont és két neutront
forrás: index.hu