A világ legnagyobb magfúziós berendezésének kulisszái mögé megyünk, és megpróbáljuk hasznosítani ugyanazt a reakciót, amely a Napot és a csillagokat táplálja.
Provence szívében a bolygó legokosabb tudományos elméi adják a terepet a világ legnagyobb és legambiciózusabb tudományos kísérletének.
„A valaha tervezett legösszetettebb gépet építjük” – vallja Laban Coblentz.
A jelenlegi feladat annak bemutatása, hogy a magfúzió – ugyanaz a reakció, amely a Napunkat és a csillagokat táplálja – ipari méretekben hasznosítható.
Ennek érdekében Dél-Franciaországban épül a világ legnagyobb mágneses bezárt kamrája, vagyis a tokamak nettó energia előállítására.
A nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor (ITER) projektről szóló megállapodást 2006-ban írták alá hivatalosan az Egyesült Államok, az EU, Oroszország, Kína, India és Dél-Korea a párizsi Elysée-palotában.
Jelenleg több mint 30 ország dolgozik együtt a kísérleti eszköz megépítésében, amely az előrejelzések szerint 23 000 tonnát fog nyomni és akár 150 millió°C-os hőmérsékletet is kibír, ha elkészül.
„Bizonyos értelemben ez olyan, mint egy nemzeti laboratórium, egy nagy kutatóintézet. De ez valójában 35 ország nemzeti laboratóriumainak konvergenciája” – mondta Coblentz, az ITER kommunikációs vezetője az Euronews Nextnek.
Hogyan működik a magfúzió?
A magfúzió az a folyamat, amelynek során két könnyű atommag egyesül, és egyetlen nehezebb atommagot alkot, ami hatalmas energiafelszabadulást eredményez.
A Nap esetében a magjában lévő hidrogénatomok összeolvadnak a puszta gravitációs nyomás hatására.
Eközben itt a Földön két fő módszert vizsgálnak a fúzió létrehozására.
„Az elsőt az Egyesült Államokban működő National Ignition Facility-ben hallhatta” – magyarázta Coblentz.
„Egy nagyon-nagyon apró darabot – akkora, mint egy borsszem – a hidrogén két formája: deutérium és trícium. És lézerrel lősz rájuk. Tehát ugyanazt csinálod. A nyomás alá helyezést is összetöröd. a hő hozzáadásával energiarobbanást kapunk, E = mc². Kis mennyiségű anyag energiává alakul”.
Az ITER projektje a második lehetséges útvonalra összpontosít: a mágneses bezárt fúzióra.
„Ebben az esetben van egy nagyon nagy, 800 m³-es kamránk, és nagyon pici tüzelőanyagot teszünk bele – 2-3 g tüzelőanyagot, deutériumot és tríciumot -, és akár 150 millió fokot is elérünk különböző fűtési rendszereken keresztül. – mondta Lábán.
„Ez az a hőmérséklet, amelyen a részecskék sebessége olyan nagy, hogy ahelyett, hogy pozitív töltésükkel taszítanák egymást, egyesülnek és összeolvadnak. Amikor pedig összeolvadnak, egy alfa-részecskét és egy neutront bocsátanak ki.”
A tokamakban a töltött részecskéket mágneses tér zárja le, kivéve a nagy energiájú neutronokat, amelyek kiszökve a kamra falának ütköznek, átadják hőjüket, és ezáltal felmelegítik a fal mögött folyó vizet.
Elméletileg az energiát a keletkező gőz egy turbinát hajtja meg.
„Ez, ha úgy tetszik, a kutatóeszközök hosszú sorának utódja” – magyarázta Richard Pitts, az ITER tudományos részlegének szekcióvezetője.
„A terület körülbelül 70 éve kutatja a tokamak fizikáját, amióta az első kísérleteket megtervezték és megépítették Oroszországban az 1940-es és 50-es években” – tette hozzá.
Pitts szerint a korai tokamak kicsi, asztali eszközök voltak.
„Aztán apránként egyre nagyobbak és nagyobbak lesznek, mert tudjuk – ezekkel a kisebb eszközökkel végzett munkánkból, a méretezési tanulmányainkból a kicsiktől a nagyobbaktól a nagyobbakig –, hogy ahhoz, hogy ezekből a dolgokból nettó fúziós energiát hozzunk létre, ilyen nagyot kell készíteni” – mondta.
A fúzió előnyei
Az 1950-es évek óta léteznek atomerőművek, amelyek hasadási reakciót alkalmaznak, amelynek során az atom egy reaktorban felhasad, és a folyamat során hatalmas mennyiségű energia szabadul fel.
A hasadásnak megvan az az egyértelmű előnye, hogy már bevált, kipróbált módszer, ma világszerte több mint 400 atommaghasadási reaktor működik.
Ám bár a nukleáris katasztrófák ritka előfordulások voltak a történelemben, a csernobili 4-es reaktor 1986 áprilisában bekövetkezett katasztrofális összeomlása erős emlékeztető arra, hogy soha nem teljesen kockázatmentesek.
Ezen túlmenően a hasadóreaktoroknak meg kell küzdeniük a nagy mennyiségű radioaktív hulladék biztonságos kezelésével is, amelyek jellemzően mélyen a föld alatt vannak eltemetve geológiai tárolókban.
Ezzel szemben az ITER megjegyzi, hogy egy hasonló léptékű fúziós erőmű sokkal kisebb mennyiségű vegyi anyagból, mindössze néhány gramm hidrogénből termelne energiát.
„A biztonsági hatások nem is összehasonlíthatók” – jegyezte meg Coblentz.
„Csak 2-3 g anyaga van. Sőt, a fúziós üzemben lévő anyag, a deutérium és a trícium, valamint a kilépő anyag, a nem radioaktív hélium és egy neutron, mind hasznosítva vannak. Tehát nincs maradék. mondhatni, a radioaktív anyagok készlete pedig rendkívül, rendkívül kicsi” – tette hozzá.
Az ITER projekt kudarcai
Coblentz hangsúlyozza, hogy a fúzióval kapcsolatos kihívás az, hogy ezeket az atomreaktorokat továbbra is rendkívül nehéz megépíteni.
„Megpróbálsz felvenni valamit 150 millió fokig. Megpróbálod a szükséges mértéket elérni, és így tovább. Ez egyszerűen nehéz dolog” – mondta.
Az ITER-projekt természetesen megküzdött ennek a hatalmas vállalkozásnak a bonyolultságával.
Az ITER-projekt eredeti ütemezése 2025-öt tűzte ki az első plazma dátumaként, a rendszer teljes üzembe helyezését 2035-re jelölték meg.
Az összetevők kudarcai és a COVID-19-járvánnyal kapcsolatos késések azonban a rendszer üzembe helyezési ütemtervének eltolódásához és a költségvetés növekedéséhez vezettek.
A projekt kezdeti költségbecslése 5 milliárd euró volt, de már több mint 20 milliárd euróra nőtt.
„Korábban is szembesültünk kihívásokkal, pusztán a bonyolultság és az első osztályú anyagok sokasága miatt, az első a fajta első alkatrészei egy első a fajta gépben” – magyarázta Coblentz.
Az egyik jelentős visszaesés a Dél-Koreában gyártott vákuumkamra szegmenseinek hegesztési felületeinek eltolódása volt.
„Azok, amelyek megérkeztek, annyi nem megfelelőséggel érkeztek az élekbe, ahol össze kell hegeszteni őket, hogy újra kell csinálnunk ezeket az éleket” – mondta Coblentz.
„Ez nem rakétatudomány abban a konkrét esetben. Még csak nem is magfizika. Csak megmunkálásról van szó, és a dolgokat hihetetlen fokú pontosságra hozni, ami nehéz volt” – tette hozzá.
Coblentz elmondása szerint a projekt jelenleg egy újrasorolási folyamatban van, abban a reményben, hogy a lehető legközelebb marad a fúziós műveletek megkezdésére vonatkozó 2035-ös célhoz.
„Ahelyett, hogy az első plazma, a gép 2025-ös első tesztje, majd egy négy szakaszból álló sorozat, hogy először 2035-ben elérjük a fúziós energiát, előtti időpontokra összpontosítanánk, inkább kihagyjuk az első plazmát. győződjön meg arról, hogy ezt a tesztelést más módon végezzék el, hogy a lehető legjobban ragaszkodhassunk ehhez a dátumhoz” – mondta.
Nemzetközi együttműködés
Ami a nemzetközi együttműködéseket illeti, az ITER egyszarvú abban, ahogyan ellenállt a geopolitikai feszültségek ellenszelének a projektben részt vevő számos nemzet között.
„Nyilvánvalóan ezek az országok ideológiailag nem mindig igazodnak egymáshoz. Ha megnézzük az Alphabet szerint a munkaterületen lévő zászlókat, Kína Európa mellett repül, Oroszország pedig az Egyesült Államok mellett” – jegyezte meg Coblentz.
„Nem volt bizonyosság abban, hogy ezek az országok 40 évre elkötelezték magukat a közös munka mellett. Soha nem lesz bizonyos, hogy nem lesznek konfliktusok”.
Coblentz a projekt viszonylagos egészségét annak a ténynek tulajdonítja, hogy a nukleáris fúzió beindítása általános, generációs álom.
„Ez az, ami összehozza ezt az erőt. És ezért élte túl azokat a jelenlegi szankciókat, amelyeket Európa és mások Oroszországgal szemben sújtanak a jelenlegi Ukrajnával kapcsolatos helyzetben” – tette hozzá.
Klímaváltozás és tiszta energia
Tekintettel az éghajlatváltozás által támasztott kihívások nagyságrendjére, nem csoda, hogy a tudósok versenyfutást folytatnak azon, hogy szén-dioxid-mentes energiaforrást találjanak világunk meghajtására.
A bőséges fúziós energiaellátás azonban még messze van, és még az ITER is elismeri, hogy projektjük hosszú távú választ jelent az energetikai problémákra.
Válaszul arra az elképzelésre, hogy a fúzió túl későn jön ahhoz, hogy érdemben segítsen leküzdeni az éghajlati válságot, Coblentz azt állítja, hogy a fúziós energia a jövőben is szerepet játszhat.
„Ha valóban olyan mértékben megemelkedik a tengerszint, hogy szükségünk van az energiafogyasztásra a városok mozgatásához? Ha ilyen léptékű energetikai kihívásokat kezdünk látni, akkor valóban nyilvánvalóvá válik a válasz a kérdésére” – mondta.
„Minél tovább várunk a fúzió megérkezésére, annál nagyobb szükségünk van rá. Tehát az okos pénz: szerezze be a lehető leggyorsabban.”
Ha többet szeretne megtudni erről a történetről, tekintse meg a fenti videót a médialejátszóban.
A cikk eredeti nyelven itt érhető el: https://www.euronews.com/next/2023/12/26/inside-the-worlds-first-reactor-that-will-power-earth-using-the-same-nuclear-reaction-as-t
