Fúzió: a könnyű (kis tömegszámú) atommagok fúziójánál (egyesülésénél) magenergia szabadul fel. Ebből származik a Nap és a csillagok energiája.  Amikor hidrogén atomok héliummá egyesülnek, energia szabadul fel. A folyamat többféle módon is lejátszódhat, de a legalacsonyabb hőmérsékleten és nyomáson a deutérium (emlékszünk: a hidrogén egy neutront tartalmazó izotópja) és a trícium (két neutront tartalmaz) egyesülése megy végbe. Az energia itt is tömegveszteségből származik:  a hidrogénmagok egyesülésénél a legnagyobb nehézség az, hogy a részecskéknek olyan közel kell kerülnie egymáshoz, hogy a nagy hatótávolságú elektromos taszítóerő ellenében (a pozitív töltésű protonok taszítják egymást) érvényesülhessen az erősebb, de rövid hatótávolságú, vonzó jellegű magerő. A napban és a csillagok központjában ezt a feltételt a hatalmas nyomás és a több tízmilliófokos hőmérséklet biztosítja. Az anyag ugynevezett plazmaállapotban van, ami azt jelenti, hogy az elektronok leszakadtak az atommagoktól. A plazma a negyedik ismert halmazállapot, ionizált, az elektromos áramot vezető gázt jelenti. Nem vagyunk ugyan tudatában, de a mindennapokban számtalanszor találkozunk plazmaállapotú anyagokkal. A plazmatévé kijelzője, a neoncsőben lévő világító gáz, vagy az öngyújtó lángja is plazma állapotú. Plazma állapotú a villám is, ám még annak a 30-40 ezer fok körüli  hőmérséklete is eltörpül a fúziós reaktorban előállítandó plazmáé mellett, mert ehhez 100 millió fok szükséges.

A földön is ez a feladat: ezeknek a feltételeknek a létrehozása szabályozott folyamat keretében.  Szabályozatlan formában már sikerült megvalósítani: ez a  hidrogénbomba (az első robbantás 1954 – Bikini szigetek). A hidrogénbombában (vagy helyesebb lenne fúziós bombának nevezni) a fúzióhoz szükséges magas hőmérsékletet egy atombomba felrobbantása biztosítja. A könnyű atommagok fúziójának elméletét az 1930-as évek elején Teller Ede és George Gamow dolgozta ki. A hidrogénbomba Teller találmánya.

Egy szabályozott és folyamatosan működő fúziós reaktor megvalósításánál a legnagyobb problémát a plazma együttartása okozza. 1939-ben Hans Bethe német fizikus részletes matematikai levezetéssel leírta, hogyan lehetne a folyamatot a Földön is megvalósítani és fúziós reaktort létrehozni. Ehhez Bethe számításai szerint a hidrogénatomok hőmérsékletét 100 millió °C fölé kell emelni, és olyan kis térrészbe összenyomni, hogy a hidrogénatomok összeütközzenek és hélium jöjjön létre. A kivitelezés korlátja az, hogy nem létezik olyan anyag, ami ezt a magas hőmérsékletet kibírná. 1948-ban Lyman Spitzer  rájött, hogy a fúziós reakciót mágneses térrel lehet kordában tartani. Toroid alakú elektromos tekercsek által gerjesztett mágneses teret hozott létre, így a plazma nem érintkezett a berendezés falával, közben lézerrel adtak át energiát a hidrogénnek, amelynek hőmérséklete több millió fokra emelkedett. 1951-re Spitzer befejezte az első hidrogénplazma-fúziós reaktor munkálatait, amit Stellaratornak nevezett el (stella = csillag, latinul). Első alkalommal csupán a másodperc törtrészéig működtette a berendezést, mert nem volt biztos abban, hogy nem fog-e hidrogénbombaként felrobbanni. Egy fél másodpercre a hidrogéngáz szupernovaként ragyogott fel, és hőmérséklete elérte a 40 millió °C-ot. A 60 cm átmérőjű berendezés mindössze 2 másodpercig működött, majd a folyamat leállt, a plazma kihűlt. A kísérlet legfontosabb eredménye az volt, hogy megmutatta, a fúziós reakciót a Földön is elő lehet állítani.

Az egyetlen „aprócska” probléma az volt, hogy a berendezés több energiát fogyasztott, mint amennyi keletkezett. Azóta a technológiapersze sokat fejlődött és számtalan apró újítással sikerült javítani a hatásfokon. Az egyik ilyen a szupravezetés alkalmazása a mágneses tér előállítására. A szupravezetés azon fizikai jelenség, melynek során egyes ún. szupravezető anyagok nagyon alacsony hőmérsékleten (általában -200 °C alatt) elvesztik elektromos ellenállásukat, valamint kizárják magukból a mágneses mezőt (a jelenséget 1911-ben fedezte fel a holland Heike Kamerlingh Onnes). A lézertechnoloógia is sokat fejlődött napjainkra, egyre rövidebb impulzusú és nagyobb energiájú lézereket sikerült előállítani.

Az ITER: Marseille-től hatvan kilométerre, Cadarache-ban épül a világ legnagyobb kísérleti fúziós reaktora. Az építkezés 2005-ben kezdődött. A reaktor építési költsége körülbelül 15 milliárd euró, ezt az Európai Unió, India, Japán, Kína, Oroszország, Dél-Korea és az Egyesült Államok adták össze. Az ITER feladata többek között annak bizonyítása, hogy a fúziós reaktor alkalmas gazdaságos áramtermelésre.  Az ITER lesz az első nagy lépés azon az úton, amely új alapokra helyezheti az áramtermelést, és az emberiség lassan elfelejtheti az üvegházhatást és az atomhulladékot. A tervek szerint az ITER 2021-ben kezdené meg működését. A már elsősorban energiatermelésre készülő DEMO (DEMOnstration Power Plant) reaktor a 2030-as évek elején készül el és egy gigawatt teljesítményt szolgáltat. A legkedvezőbb, tudományos áttöréseket feltételező forgatókönyv a mai elektromos áramárak harmadát jósolja, már az erőmű indulásakor. Egy fúziós erőmű élettartama hasonló lesz a mai atomerőművekéhez (azaz néhány évtized). A fúziós erőművektől tehát azonnal nem lesz olcsóbb az áram. Ettől a technológiától függ azonban, hogy a jövőben egyáltalán lesz-e elég energiánk. A fosszilis energiahordozók ki fognak merülni, és ez a sors vár a hasadóanyagokra is (a jelenlegi felhasználást figyelembevéve az urán hamarabb fogy ki, mint az olaj és a gáz). Végül ne feledkezzünk meg arról, hogy a technológia fejlődése váratlan újításokhoz vezethet. A Lockheed Martin nemrég jelentette be, hogy kompakt, konténer méretű fúziós reaktort hoz forgalomba tíz éven belül. A vezető védelmi ipari gyártó Skunk Works részlege, amely a legendás U-2, SR-71 és F-117-es repülőgépek tervezéséért felelős, több éve dolgozik a fúziós reaktortechnológia fejlesztésén.  A hírt persze sokan kétkedve fogadták, de szoktak ezek hülyeségeket beszélni?

Az ITER 5 percben:

A jővő útja tehát az, hogy a megújuló energiák mellé kell egy alaperőmű és ez a fúziós reaktor lesz. Hogy mi lesz akkor Paks II-vel? Erre kéne válaszolnia a kormánynak és állítólagos szakértőinek. És nem kéne naponta szajkoznia a sekélyes természettudományos műveltségű miniszterelnöknek a hülyeséget a rezsicsökkentés és Paks II. összefüggéseiről. Mert a tudomány nem játék. Az atomtechnológia sem az, és az ország sorsa sem játék. A foci az igen…     

Számítógép szerviz Budapesten házhoz megy, a XVI. kerületben ingyenes kiszállással

 

Kövessen minket!

Ez is érdekelheti