Először sikerült
több energiát kinyerni egy magfúziós folyamatból, mint amennyit az
üzemanyag felfűtésére használtak. Az eredményről a Nature-ben számol be
az Amerikai Egyesült Államok Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumának
kutatócsoportja. Az úttörő lépést az úgynevezett mikrorobbantásos
magfúziós kísérletek során érték el.
Két alapvető módszer: mágneses összetartás és mikrorobbantás
A
jövő energiatermelésének nagy reménye a fúziós reaktor, amely a Naphoz
hasonlóan termelné az energiát. Atommagok egyesülnének benne igen magas
hőmérsékleten, és a folyamat során rengeteg energia termelődne.
Alapanyag lenne bőven, szén-dioxid-kibocsátás nulla, és nem keletkezne
évszázadokig megmaradó sugárzó atomhulladék sem.
A
fúziós reaktorok jelenleg kísérleti fázisban vannak, a remények szerint
a század derekán állna üzembe az első energiatermelő példány. Jelenleg
két alapvető módszerrel kísérleteznek, ezekről az MTA Wigner Fizikai
Kutatóközpont munkatársai, Földes István, Réfy Dániel, Szabolics Tamás
és Zoletnik Sándor beszéltek az Origónak.
Az
egyik módszer az úgynevezett mágneses összetartású fúzió. Itt egy
Tokamak-típusú reaktorban a Föld mágneses terénél körülbelül 200
ezerszer erősebb mágnesek tartják össze azt a viszonylag ritka plazmát
(elektromosságot vezető gázt), amelyet fokozatosan felfűtenek, annyira,
hogy körülbelül 150 millió fokon megindulhat benne az atommagok fúziója.
A mágneses térbe zárt plazma nem ér hozzá a reaktor falához. Ilyen lesz
a jelenleg Franciaországban épülő ITER, amely 2023 körül mutathatja
majd az első "életjeleket".
A
másik módszer az úgynevezett mikrorobbantásos (más néven inerciális)
fúzió. A nagyon sűrű plazma itt egy olyan céltárgyban keletkezik,
amelyet igen erős és igen rövid (a másodperc mintegy százmilliomod
részéig tartó) lézerimpulzusokkal bombáznak, és ez adja a felfűtéshez az
energiát. Maga a fúziós reakció a másodperc milliárdod részénél is
rövidebb idő alatt játszódik le.
Először igazolták az elméletet
Az
új eredmény ehhez a második módszerhez, a mikrorobbantásos fúzióhoz
kapcsolódik. A Livermore Laboratóriumban 2009 óta próbálnak fúziót
beindítani egy olyan lézerrel, amely egyetlen impulzus során 1,8 millió
joule energiát közöl a céltárggyal. Az első években azonban nem sikerült
megfelelően összenyomni a plazmát (hidrodinamikai problémák miatt), így
át kellett tervezni a céltárgy szerkezetét és a meghajtó
lézerimpulzusok időzítését is.
Ez
meghozta az első sikert: a deutériumból és tríciumból (ezek a hidrogén
izotópjai) álló plazmában lejátszódó fúziós folyamatok során neutronok
és alfa-részecskék keletkeztek. A nagy előrelépés az volt, hogy a
keletkező alfa-részecskék tovább fűtötték a plazmát, körülbelül olyan
mértékben, mint amennyire a lézer. Ezzel most először sikerült
kísérletesen igazolni az elméletet: a plazma fűtésében, ezáltal a fúziós
folyamatok fenntartásában a keletkező alfa-részecskék is részt vesznek,
méghozzá a mennyiségükhöz képest egyre nagyobb arányban. Enélkül nem
lehetne majd energiát termelni, hiszen nem az a cél, hogy több energiát
pumpáljunk a lézerbe, mint amennyit kinyerünk a túloldalon.
A
plazma felfűtésének hatásfoka amúgy kulcskérdés. Jelenleg a lézer
energiájának kevesebb mint 1%-a fordítódik erre. A mostani kísérletben
az energiamérleg ehhez képest már pozitív volt, hiszen ennél az 1%-nál
valamivel több fúziós energia keletkezett. Emellett még a lézerek
hatásfokán is jelentősen kell javítani. Hosszú út vezet azonban még
odáig, hogy az egész energiamérleg nyereséges legyen. A kutatók
következő feladata az, hogy javítsák a folyamat hatásfokát, és érjék el,
hogy a keletkező alfa-részecskék minél nagyobb arányban vegyék ki a
részüket a plazma fűtéséből.
Katonai terület volt
A
mikrorobbantásos fúzió vizsgálata jelenleg az alapkutatási, fizikai
szinten van. Történeti okok miatt nincsenek benne olyan nagy nemzetközi
együttműködések, mint a mágneses összetartású fúzió kutatásában. 1990-ig
ugyanis ez katonai finanszírozású terület volt, mert atomrobbantások
szimulációjára is alkalmasnak találták. Az utóbbi évtizedekben enyhült a
helyzet, egy kis létszámú budapesti-szegedi kutatócsoport is ezzel
foglalkozik (néhány alapvizsgálatra a szegedi szuperlézer, az ELI is
alkalmas lesz majd ezen a területen). Franciaországban a jövő évben kezd
működni egy, a livermore-ihoz hasonló (félkatonai) lézerberendezés, míg
az Európai Unió kizárólag békés felhasználású berendezése, a HiPER
lézer szerepel az EU nagyberendezéseinek terveiben.
A
magyar kutatók sokkal nagyobb szerepet játszanak a mágneses
összetartású fúzió kutatásában, így részt veszünk például az ITER
építésében, és műszereket szállítunk más kísérleti reaktorokhoz.
Minderről a magfuzio.hu honlapon olvashatnak részletesen.
(Simon Tamás, origo)
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése