Mióta 1985-ben a szuperhatalmak genfi csúcstalálkozóján Ronald Reagan és Mihail Gorbacsov először felvetette egy közös, nemzetközi kollaborációban felépített fúziós reaktor ötletét, az ITER rengeteg figyelmet kapott a világ minden táján és az eltelt évek alatt a projektben résztvevő nemzetek száma harmincötre emelkedett, igaz, a munka fő részét és a költségek jelentős hányadát hét tag (az Európai Unió, az Egyesült Államok, Japán, Kína, India, Dél-Korea és Oroszország) viseli. A világ legnagyobb fúziós reaktorának készülő létesítményt jelenleg Franciaországban építik és a tervek szerint 2025 novemberében próbálják ki először az első plazma teszttel, vagyis ekkor gyújták be az első "mini-csillagot" a belsejében.

2025-re ígéri a Massachusetts Institute of Technology-val (MIT) együttműködő Commonwealth Fusion Systems is a saját, az ITER-nél sokkal kisebb reaktoruk, a SPARC indítását Massachusettsben, ami, reményeik szerint az első, valóban többletenergiát termelő, gazdaságos fúziós erőmű lehetne a világon, 50-100 MW energiatermeléssel. Az ITER és alapvetően minden fúziós reaktor működésével kapcsolatban két nagy probléma merül fel: az egyik, hogy a benne uralkodó hatalmas forróság és a kiszabaduló neutronok károsíthatják a tokamak falait, a másik, hogy az elektromos vezetőket nagyon alacsony hőmérsékleten kell tartani a megfelelő működéshez.

Emiatt a tokamak üzemeltetése rendkívüli energiaintenzív folyamat, így egyelőre nem éri meg a használata és nem lehet lecserélni rá a környezetszennyezőbb fosszilis, vagy éppen a veszélyes radioaktív hulladékot termelő nukleáris erőműveket.

Ezért fontos, hogy új anyagokat, az extrém magas hőmérsékletet toleráló, valamint minél jobb vezetőképességgel rendelkező anyagokat fejlesszenek ki a reaktorok számára.

A folyamat a tokamakokon belül így működik: az üzemanyagot, vagyis a deutériumot és tríciumot addig melegítik, amíg plazma nem lesz belőlük. Ekkor az atommagtól elszakadt elektronok lebegnek a berendezés belsejében, és, mivel töltéssel rendelkeznek, kordában lehet őket tartani nagy erejű mágnesek segítségével. Ha a plazma eléri a százmillió Celsius fok körüli hőmérsékletet, a deutérium és trícium elkezd összeolvadni, hélium és neutronok keletkeznek, plusz rengeteg energia, amit fel lehet használni. Azért van rá szükség, hogy ilyen magas fokon, a Nap belső hőjének tízszeresén generálják a plazmát, mert ezekben a földi csillagokban kevésbé sűrűn helyezkednek el a részecskék, mint a Napban.

Az egész folyamat a mágneses mezőn belül játszódik le, de időnként előfordul, hogy egy-egy kiszabaduló neutron nekiütközik a falaknak, kárt téve bennük. Maguk a szupravezető tekercsek, melyek a mágneses teret létrehozzák, nagyon alacsony hőmérsékleten működnek, még az úgynevezett magas hőmérsékletű szupravezető mágnesek esetében is a "magas hőmérséklet" a hidrogén forráspontját, vagyis mínusz 252,9 °C-ot jelenti. Az ITER-ben nióbium ötvözetből készült tekercseket használnak majd, melyet -269 fokra kell hűteni. Méghozzá nagyon sok is kell belőlük, többek között ezért is lesz a készülő reaktor olyan nagy: egy mágnes akár huszonnégy méteres is lehet.

A kis fúziós reaktort építő Commonwealth viszont egy újfajta anyaggal, a ritkaföld-fémeket ötvöző, ritkaföld bárium réz-oxid (ReBCo) alapú mágnes szalaggal dolgozik (egy másik cég, a Tokamak Energy is ezt alkalmazza, ők 2027-re tervezik elindítani az első reaktorukat). Ez -263.15 Celsius fokon működik, de már ez is nagy előrelépés a hűtési költségek tekintetében.

A cég szerint ezzel 20 teslát tudnak majd létrehozni, ami másfélszerese az ITER teljesítményének (a tesla a mágneses mező fluxussűrűségét vagy indukcióját jelenti).

Ahhoz, hogy bizonyítsák, hogy valóban létre tudják hozni ezt az erősségű mágneses mezőt, előbb tesztekre van szükség, amihez már elkezdték előállítani azt a két és fél méter magas mágnest, ami nagyjából olyan méretű, csak egy kicsivel kisebb, mint amit majd a SPARC végleges változatában fognak használni. Maga a fúziós reaktor negyed akkora lesz, mint az ITER, és az első indítását 2025-re tervezik. Ha a SPARC-nak sikerül is beváltani a hozzá fűzött reményeket, egyelőre annak bizonyítását fogja szolgálni, hogy a kompaktabb, olcsóbb tokamakok is működőképesek lehetnek, de ahhoz, hogy költséghatékony lehessen a működése, a befektetett energiának tízszeresét kellene megtermelnie a jövőben.

(Fotó: ITER Organization, Flickr/jurvetson)

További cikkek a témában:

Magyarországon tesztelik a világ első fúziós reaktorának az egyik legfontosabb biztonsági technológiáját A hazai Energiatudományi Kutatóközpontban tesztelik a berendezést, melynek feladata, hogy adott esetben gyorsan leállítsa a fúziós reakciót.
Húsz másodpercen keresztül a Napnál is forróbb volt a koreai fúziós reaktor Ez új világrekordot jelent a fúziós reaktorok között.
Begyulladt az első plazma az angliai MAST tokamakban A Culham Tudományos Központban található az Egyesült Királyság Atomenergia Hivatalának (UKAEA) Mega Amp Spherical Tokamak nevű fúziós reaktora, röviden a MAST Upgrade tokamak. A reaktor “első plazmát” jelentett, ami azt jelenti, hogy minden lényeges alkatrész sikeresen és egyszerre működött együtt.