Forrás: Portfolio.hu | Bosnyák Zsolt | 2019.11.27.

Példaértékű nemzetközi együttműködés

Az előrejelzések szerint az elkövetkező 30 évben duplázódhat a világ energiafogyasztása, a 21. század végére pedig akár még triplázódhat is az egyre fokozódó népességnövekedésnek és városiasodásnak köszönhetően.

Egy példaértékű nemzetközi összefogás született a fúziós technológia kutatásában és kísérleti megvalósításában, melyben Kína, az Európai Unió, India, Japán, Korea, Oroszország és az Egyesült Államok vesz részt. Az előbb említett 7 alapító a világ GDP-jének 80 százalékát állítja elő, és a lakosságának a felét biztosítja. A megállapodásuk értelmében 2005-ben eldöntötték, hogy Dél-Franciaországban fogják megépíteni a hatalmas kísérleti fúziós komplexumot, mely így az ITER szülőföldjévé vált.

2010-ben kezdődött meg az építkezés, terv szerint 2025-ben kezdheti meg a fúziót az új reaktor, azaz létrejöhet az ITER-ben előállított első plazma.

Miért épp a fúzió?

• A magfúzió során hatalmas energia szabadul fel, mely 4 milliószor annyi energiát képes előállítani, mint ami a hagyományos szén-, olaj-, vagy gáztüzelés során keletkezhet, még a maghasadás is csak negyedannyit képes produkálni.
• A Föld bővelkedik a fúzióhoz szükséges nyersanyagokban, megközelítőleg több mint 1000 évre oldhatnánk meg vele az emberiség energiaellátását. A deutérium (olyan hidrogén, melynek az atommagja nemcsak egy protont, hanem egy neutront is tartalmaz), bármilyen fajta vízből desztillálással előállítható, a trícium (olyan hidrogén, amelynek az atommagjában már két neutron található) pedig a fúziós reakció során állítható elő könnyedén lítium felhasználásával.
• A fúzió nem jár széndioxid, vagy bármely üvegházhatást okozó gáz kibocsátásával.
• A normál atomerőművekkel szemben a fúzió melléktermékeként nem születik hosszú ideig sugárzó radioaktív melléktermék.
• A kutatók állítása szerint jóval biztonságosabb a fúziós technológia az atomerőműveknél, ugyanis egy Fukushima-méretű földrengés esetén annyi történne, hogy másodpercek alatt lehűlne a forró plazma, és ezáltal azonnal megállna a kémiai fúziós reakció. Annyira kevés anyag szükséges a fúzió működtetéséhez, hogy csupán egy ujjbegynyi súlya van. A szakemberek állítása szerint bármilyen katasztrófa bekövetkezése esetén a legnagyobb kockázat csupán annyi, hogy az adófizetők rengeteg pénze - amiből az ITER épül – odalesz, ami nagyságrendileg 20 milliárd eurót jelenthet a projekt jelenlegi állása szerint.
• Nem utolsó sorban a fúzió melléktermékeiből nem lehet atomfegyvereket előállítani.

Az orosz tokamak

Tokamaknak nevezik azt a szerkezetet, melyben a fúzió történik, amelyben az ún. plazma előállításra kerül. A tokamak szó hangalakja jól szemlélteti, hogy mely nemzetség ért el legkorábban átütő eredményeket a fúzió kapcsán, nem mások, mint az oroszok. Az 50-es 60-as években már kifejlesztették az ITER alapvető technológiáját, azonban ilyen méretekben még sohasem lett tesztelve.

Az ITER tokamakjában 50 százaléknyi deutérium, és 50 százaléknyi trícium kerül felhevítésére több mint 150 millió Celsius fokra, és az ekkor létrejövő elegyet nevezzük plazmának.

A plazmát határoló falakat hatalmas mágnesek veszik körül, melyeknek az a funkciójuk, hogy nehogy hozzáérjen a forró plazma a fúziós tér köré épített tokhoz.

23 ezer tonnát fog nyomni az ITER kísérleti tokamakja, mely 3,5-ször nehezebb, mint a párizsi Eiffel-torony. A cél az, hogy tízszer annyi energia előállítására legyen képes a masina, mint amennyi energiát emészt fel a hatalmas 150 millió Celsius fokos hő előállítása.

A hatalmas méretű energia nem is a hidrogén izotópok héliummá történő egyesülése során szabadul fel, hanem amikor a magfúzió során a neutron kiszakad az atommagból. Ez veszélyessé teszi a fúzió folyamatát, így a tokamakot körülvevő épület falaiba tilos bármilyen apró résnek is keletkeznie, melyen a környezetbe juthatnának valamilyen módon az apró neutronok. Ezért tilos bárminemű fúrást végezni a falakba, azonban a rögzítéseket valahogyan mégis meg kellett oldani. Végül fém betéteket öntöttek a betonfalakba, melyekhez már lehet egyéb eszközöket rögzíteni.

Az épület, pedig ami magába fogja foglalni a tokamakot, még továbbra is építés alatt áll, kívülről pedig az alábbi kép szemlélteti a munkálatok aktuális állapotát.

A fúzió energiamixben betöltött szerepe

A jövőben a fúziós erőművek válthatják a jelenleg a maghasadás elvén működő atomerőműveket, melyek már sokkal biztonságosabbak lehetnek, meghibásodás esetén is nagyságrendekkel kisebb radioaktív anyag juthat a környezetbe.

A fúzió energiamixbe betöltött szerepét tekintve ugyanúgy szolgálná a rendszert, mint a hagyományos atomerőművek, azaz zsinór (baseload) áramot táplálna a rendszerbe, ergo a jövő áramtermelésének egy stabil alapját adhatná. Jól kiegészítené az időjárásfüggő megújulókat (nap, szél), azonban a termelés fogyasztáshoz történő idomításában (kiegyensúlyozás) nem képes a technológia aktív szerepet vállalni, így a gáztüzelésű erőművek a fúziós technológia megjelenését követően is termelésben maradhatnak, hacsak nem jelenik meg egy új technológia, mely lehetővé tenné az elektromos áram olcsó és hatékony tárolását.

Mikor lesz belőle áram?

Az ITER felépítésének nem az az alapvető motivációja, hogy áramot termeljen. Az elméleti kutatók megálmodták a létesítményt, a gyakorlati megvalósítás értelmében most a mérnökökön a sor, majd a létesítmény elkészülte után ismét az elméleti emberek vehetik át a stafétabotot, tovább folyhat a kísérletezés. Az áramtermelés alapvetően vízgőz fejlesztésének segítségével történne, azonban a reaktor kísérleti jellege miatt a felforrósodott vízgőzt még egy jó ideig a szabadba engedik, így a tervek szerint legkorábban 2035-re termelhet áramot az erőmű.

A széles nemzetközi koordináció és az alkatrészek globálisan szétszórt előállítása nem könnyíti meg a projekt életét, amit jól szemléltet, hogy 2005 és 2015 között minden évben egy évvel csúszott az első plazma előállításának céldátuma, azonban jó hír, hogy jelenleg a szükséges munka 70 százaléka már készen van. Világszerte 30-35 ezer ember dolgozik jelenleg az ITER valamelyik alkatrészén.

Amennyiben működőképesnek bizonyulna a technológia, akkor a gyakorlatban működő fúziós erőművek már jóval kisebb méretűek és egyszerűbbek lehetnek, ugyanis nem szükségeltetik ennyi diagnosztikai eszköz beépítése, mely a technológia megismerésére és finomhangolására szolgál az ITER-en belül.

26. ITER-ben tett látogatásunk során a szakemberek kijelentették, hogy amennyiben a projekt kurdarcot vallana, az könnyen lehet, hogy magának a fúziós technológiának is a végét jelentené, mellyel akár örökre a fiókba kerülhetnek az ilyen irányú ambiciózus tervek. Az is benne van a pakliban, hogy a folyamat kísérleti jellege miatt valamilyen nem várt probléma lép fel, mely akár többletköltségeket okozhat, vagy legrosszabb esetben a projekt leállítását. Könnyen lehet, hogy bár működni fog a technológia, de nem lesz gazdaságos, mivel a megújuló energiatermelés technológiája annyit fejlődhet még az előttünk álló években, hogy behozhatatlanná válhat előnyük. Mindenesetre még nem lehet tudni, hogy melyik energiatermelési módszer lesz a jövő befutója, ezért érdemes párhuzamosan több technológiát is fejleszteni.

Címlapkép: Visual China Group via Getty Images

Képek: Portfolio