Magyar tudósok is részesei a nemzetközi kutatásnak, az ITER-ben partner az EU, az USA, Kína, Japán, Dél-Korea és India, sőt Oroszország. Az Ukrajna elleni orosz háború vagy a magántőke megjelenése miként hat az együttműködésre?
HIRDETÉSMegmenthetne minket az energiafüggőségtől, nem szennyezné a környezetet, ezáltal tiszta és klímabarát lenne, az üzemanyag korlátlanul rendelkezésre áll. Az előnyök ellenére mégis nehéz áttörést elérni a fúziós erőművek megvalósításában. Magyar tudósok és mérnökök is bekapcsolódtak a nemzetközi kutatásba. Dr. Veres Gábort, a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Technológia Laboratóriumának vezetőjét kérdezem arról, hogy megvalósul-e a mi életünkben a fúziós erőmű.
Mi a működési elv?
Az elv az, hogy könnyű atommagokat egyesítünk, és az egyesítés közben energia szabadul fel. A leggyakrabban a hidrogén izotópjait használják. Ezek a hidrogén (magjában egy proton), a deutérium (magjában egy proton és egy neutron), a trícium (magjában egy proton és két neutron). Egy deutérium és egy trícium fúziójakor keletkezik egy neutron is, felszabadul annak részecskeenergiája.
Min múlik, hogy az erőmű szempontjából kedvezően ütközzenek az atomok?
Az atomoknak középen van egy magjuk, amit elektronburok vesz körül. Az elektronok számunkra nem érdekesek, csak az atommag. Ha nagy energiával közelítünk egymáshoz atommagokat, összeragadnak. Kisebb energiával közelítve taszító erő lép fel az atommagok között, de ha nagyobb energiával találkoznak, akkor egy vonzóerő válik dominánssá, és összeragadnak.
Miért nehéz ezt az egyszerű elméletet a mindennapi gyakorlat szintjén hasznosan alkalmazni?
Három feltételnek kell teljesülnie. Az egyik, hogy nagyon magas hőmérsékletre van szükség ahhoz, hogy az atommagok összeragadjanak, 50-100 millió fok Celsiusra gondoljunk. Ezt megfelelő időn át tartani kell tudni, úgy, hogy megfelelően nagy sűrűséget biztosítsunk.
Ilyen magas hőmérséklet mellett miből kell lennie egy reaktornak, hogy ne olvadjon el saját magától?
A reaktorban mágneses tér tartja a forró közeget, vagyis a mágneses tér szigeteli el a külvilágtól. A kihívás az, hogy minimálisra sikerüljön leszorítani szivárgást. A kellő mágneses tér előállítása jelentős probléma. Olyannyira, hogy a jelenlegi ismeretek szerint egy leendő beruházás költségének körülbelül 40 százalékát a mágneses tér megteremtése jelentené.
Hogyan csinálunk 50-100 millió fokos hőséget?
Elektromágneses terekkel már van speciális eszköz arra, hogy ezt a hőmérsékletet elérjük. Nagy sebességre gyorsított atomnyalábokkal is megvalósítható. Ez a két módszer a legelterjedtebb.
Egy irányba kell kilőni az atomokat?
Inkább egy irányba kell belelőni a közegbe, mintha egy ágyúval lőnénk be az atomokat. Azért egy 40 méteres eszközre kell gondolni. A közeg elnyeli az energiáját az atomnyalábnak, és így lehet felfűteni a kellő hőmérsékletre a a fúziós közeget.
Eddig csak energiát használtunk el, és nem állítottunk elő semennyit.
Mindaddig, amíg a fúziós reakció nem indul be, addig az energiát csak befektetjük.
Miként állítjuk elő a szükséges mágneses teret?
Árammal, vagyis tekercsekkel kell körülvenni a forró közeg kamráját, és a tekercseken átáramló áram mágneses teret kelt. Ez is energiaigényes, ezért azt is kutatják, hogy melyek azok a szupravezetők, amelyek veszteség nélkül képesek előállítani mágneses mezőt. Az egyéni típusú veszteségek is óriásiak, gondoljunk arra, hogy amikor kifekszünk napozni, leégünk, mert ilyen jelentős veszteséggel zajlik a Napban a fúzió.
Viszonyítsuk a fúziós erőmű működéséhez szükséges mágneses teret ahhoz, hogy egy ipari üzemben akár több tonnás terhet is felemelnek az elektromágnesek. Önök még erősebb mágneses teret csinálnak?
HIRDETÉSNagyságrendileg nem. A különbség inkább az, hogy míg egy darumágnes egy négyzetméternyi felületen dolgozik, nekünk több száz, akár 1-2 ezer köbméteres térben van szükségünk aktív mágneses mezőre.
A nagy sűrűség is a fontos tényezők között van. Ha már a Napot említette, az olyan sűrű, hogy egy kávéskanálnyi belőle több tonna lenne, így ki se tudnánk venni, mert nem bírná a kanál. Ekkora sűrűségre, gondolom, nincs szükség egy fúziós erőműben?
Hála Istennek, nincs. Nem a sűrűség nagysága a kihívás, hanem az, hogy van egy ideális tartomány. Annál nem lehet se hígabb, se sűrűbb a közeg. Ezt a tartományt kell tudni tartanunk. Ez a légköri sűrűségnél is ritkább.
Ha ezek a tényezők együtt állnak, mit próbálnak elérni?
Azt, hogy minél több ütközés legyen az atommagok között. Laboratóriumban egy reakciót mindenki tud csinálni, vagy ötöt. De gazdaságos csak akkor lesz, ha nagyon sok fúzió alakul ki adott idő alatt.
HIRDETÉSTételezzük fel, hogy megküzdöttünk minden kihívással, és létrejött kellő számú ütközés ahhoz, hogy több energia szabaduljon fel, mint amennyit eddig befektettünk. Hogyan fogjuk fel a magfúzióból felszabaduló energiát?
Az energia felszabadulása neutronok formájában történik. Vagyis külön egységeket kell építeni, amik ezt az energiát felfogják, vizet melegítenek, gőzt fejlesztenek, ami turbinát hajt, mint a már ismert erőművekben. Az elnyelető egység másik funkciója, hogy ott szaporítani tudjuk a tríciumot, vagyis azt a hidrogént, aminek a magja egy proton és két neutron. Ez azért szükséges, mert ilyen a természetben nem fordul elő, de a fúziós folyamat egyik üzemanyaga.
A magfúziós esemény ugyanis két olyan hidrogén között játszódik le, amelyek közül az egyikben egy proton és egy neutron van, a másikban egy proton és két neutron. Amikor az ütközés miatt összeragadnak, lesz belőlük egy hélium, amiben két proton és két neutron van, tehát a harmadik neutron felszabadul, és hatalmas energiával elindul véletlenszerűen valamerre. Ezt kell felfogni egy elnyelő egységnek. Miközben az energiát hasznosítjuk, a begyűjtött neutronok biztosítják a további tríciumok előállítását.
Tehát nehéz megteremteni a fúzió feltételeit, majd újabb nehézség a felszabaduló energiát összefogni. Mi az eddigi legnagyobb siker? Század másodperc? Tized másodperc?
Inkább másodperc. Ezt tíz másodperce kellene kitolni a következő lépésben. Az idő nem önmagában fontos, hanem azzal együttvéve, hogy milyen hosszan sikerül önfenntartóvá tenni a fúziók láncolatát. Egy jó cserépkályha is akkor jó, ha befűtök este, és egész éjszaka fűt. Vannak olyan kísérletek, amikről sikerként számol be a sajtó, hogy két órán át sikerült fenntartami a folyamatot, de a gazdaságosság szempontjából kulcsfontosságú tényező, hogy igényel-e állandó beavatkozást, illetve mennyi ideig önfenntartó, azaz ne legyenek veszteségei a folyamatnak.
HIRDETÉSTehát amíg egy beindított atomreaktorban a láncreakció lefojtására kell figyelni, itt a fenntartására.
A különbség úgy is mondható, hogy ott hasadás, itt pedig fúzió történik. Ebből adódik a biztonsági különbség is. Ha valami félresiklik egy fúziós erőműben, nem történik semmi, magától leáll a folyamat.
Milyen előnyei vannak még a fúziós technológiának?
Nem jár radioaktív szennyezéssel. Bár radioaktív anyagok itt is keletkeznek, de jóval kisebb felezési idejűek, 50-100 év, így hamar lebomlik. Másik nagy előny, hogy az üzemanyag korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll, ráadásul nincs helyhez kötve a Földön. Látjuk, hogy mekkora előnyt ad egy országnak, ha a területén van olaj vagy uránium. Ebben az esetben viszont olyan üzemanyag szükséges, ami mindenkinek van.
Reméli, hogy a mi életünkben még megvalósulhat a fúziós erőmű?
HIRDETÉSEz egy olyan kutatássorozat, ami nagyon lassan halad előre, de a haladásban óriási mérföldkő számomra, hogy megjelent a magántőke. Azaz már vannak olyan befektetők, akik a pénzükből erre áldoznak. Amikor egyetemre jártam, mindez csak kutatóintézetek szintjén mozgott. Nagy lépés, amikor az ipar vagy a befektetői szféra megmozdul. Bizonyára gyorsítaná az előrelépést, ha már nem lenne földgáz és kőolaj. Szerencsére más alternatív, megújuló energiatermelő módszerek is előretörtek, a jelen helyzetben nincs égető szükség a fúziós erőművekre. Ugyanakkor a magánszférából kapott finanszírozás globális szinten a tízszerese az akadémiai forrásoknak, vagyis a befektetők nem a jelenre gondolnak, hanem távlatokban. Számos cég alakult szerte a világon, amelyeknek a tulajdonosai egy idő után eredményre számítanak, cserében a befektetett dollármilliárdokért.
Több nemzetközi kutatás zajlik, sok ország részvételével a világon. Hol van ebben Európa, azon belül pedig Magyarország, vagyis az önök kutatása?
Európa nagyon sokáig vezetője volt ezeknek a kutatásoknak, de az elmúlt években nagyon felfutottak a kínai és az amerikai programok. Európán belül a francia központú ITER a legerősebb nemzetközi tudományos együttműködés, jellemzően technológiai kutatásokkal.
Min dolgoznak a magyar szakemberek?
A forró közeg tulajdonságait kimutatni képes eszközök és részegységek fejlesztésén dolgozunk. Minden probléma egyedi, eddig még nem ismert anyagokat, ötvözeteket, eljárásokat és algoritmusokat kell kifejlesztenünk.
HIRDETÉSA brit JET-et a brexit miatt nem említi?
A JET utolsó kísérlete véleményem szerint korlátozott eredménnyel járt, és amúgy is eljárt az idő a masina felett, ezért bezárják. Az ITER legnagyobb nemzetközi résztvevői az USA, az EU, Oroszország, Kína, Dél-Korea, Japán és India.
Az Ukrajna elleni orosz háború nem lehetetleníti el az orosz féllel való együttműködést?
Ezt a tevékenységet az embargó nem érinti, de nehéz megoldani utazásokat és egyéb gyakorlati ügyeket, de egyelőre az orosz fél teljesíteni tudja a szerepét.
Prognosztizálható, hogy mikor érnek a szakemberek áttöréshez?
HIRDETÉSMaga az ITER szó latinul azt jelenti, hogy az út. Ez az út még nagyon hosszú, és egy-egy elágazáshoz érve még az is kérdés, hogy merre menjünk tovább. Az igazi áttörés majd akkor jön, amikor hirtelen oszlani kezd a köd.