Az atomenergia egyik lehetséges hasznosítási módja a magfúzió – a másik az atomerőművekben alkalmazott maghasadás. Valahogy úgy fog történni a földi fúzió, ahogy a Nap belsejében is – ott is hidrogénatommagok egyesülnek héliummá. Ez a reakció a Napban nagyon lassan termel energiát, a Földön egy hasonló, de gyorsabb folyamatot szeretnének, amelyben deutérium- és tríciumatommagok egyesülnek héliummá. Ez azonban tízszer magasabb hőmérsékletet – mintegy 100 millió Celsius-fokot – igényel, mint amilyen hőmérséklet a Nap magjában uralkodik. Emiatt plazmaállapotot (ionizált gázt) kell létrehozni, amelyben a gyorsan mozgó atommagok képesek fuzionálni.
Az eddigi kísérleti eszközöknél azonban a plazmaállapot és az összetartó mágneses tér fenntartása jóval több energiát igényelt, mint amennyit a néhány másodperces fúzió alatt kaptak. Az Európai Unió célkitűzése, hogy 2050-re megépüljön az első, villamos energiát adó fúziós erőmű. Az óvatosabbak szerint a magfúzió a század második felében kaphat szerepet – ha egyáltalán megvalósítható lesz.
Néhány napja jelent meg a Nature Physicsben, hogy az amerikai MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatói belga és brit kollégáikkal közösen újfajta fűtési eljárást teszteltek, mellyel a plazma hatékonyabban fűthető. (A cikk egyik vezető szerzője a magyar származású Porkoláb Miklós, aki a Stanford Egyetemen diplomázott, hosszú időn át a MIT plazmafizikai intézetének igazgatója volt, ma is rendszeresen hazalátogat.) A kísérleteket a MIT tokamakjában folytatták, ahol korábban csak kétféle iont használtak: hidrogént és deutériumot (a hidrogén egy stabil izotópját).
A német sztellarátor megépítése tíz esztendőt késett
A mostani kísérletekben a plazmához a hélium egyik stabil izotópjából egy keveset hozzáadtak, amelyek a plazmába bocsátott rádióhullámokat sokkal hatékonyabban nyelték el. A kísérletet a nagy-britanniai Oxfordshire-ben, a világ legnagyobb működő tokamakjában is megismételték, és hasonló eredményt értek el. „Ígéretes fűtési eljárásról számoltak be, de bármennyire is szeretnénk, nincs szó áttörésről a fúziós kutatásokban” – tájékoztatta lapunkat Zoletnik Sándor, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársa.
A fúziós erőművek kétféle elven épülhetnek meg: az egyik a tokamak, a másik a sztellarátor. A gyűrű formájú tokamak egyszerűbb kialakítású, de még nem kiforrott, hogy miként lehet állandóan fenntartani benne a működéséhez elengedhetetlen plazmaáramot, és miként kezelhető egy üzemzavarkor ennek hirtelen leállítása esetén. Az ilyen típusú kísérleti fúziós eszközök jelenleg legfeljebb száz másodpercig működnek, a cél viszont az, hogy legalább néhány órán át üzemeljenek. Ez már olyan időtartam és olyan mennyiségű energia előállítását jelenti, amit az elektromos hálózat hasznosítani tud. A haladás ugyan lassú, de folyamatos. Az utóbbi évek egyik legfontosabb eredményeként például kiderült – a Magfúzió.hu honlapon erről is jelent meg beszámoló –, hogy a berendezés belsejében az extrém körülmények elviselésére a volfrámburkolatok alkalmasak.
Zoletnik Sándor fizikus szerint a sztellarátor sokkal bonyolultabb fúziós eszköz, de ha működik, kevesebb a hibalehetőség. A bonyolultságra jó példa, hogy a tavaly átadott német Wendelstein 7-X (a világ legnagyobb, 15 méteres átmérőjű sztellarátora) tíz év késéssel készült el. Jelenleg 5-15 másodpercig működik, 2020-tól 20-30 perces üzemelést terveznek. A héten kezdődő újabb német kísérletekből a magyarok is kiveszik a részüket: videókamerákkal figyelik a plazma állapotát, illetve atomnyalábszondával kapnak adatokat a plazma sűrűségéről és rezgéseiről.
