Az ITER (Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) a világ legnagyobb kísérleti fúziós reaktora lesz, ahol, elkészülte után, azt tesztelik majd, hogy mennyire működőképes a technológia és hogyan lehet lehozni a "Napot a Földre", vagyis a csillagokban zajló fúziós folyamatokhoz nagyon hasonló, csak magasabb hőmérsékleten zajló reakciókat előidézni és ezzel tiszta módon (üvegházhatású gázok kibocsátása nélkül) energiát előállítani.

A hatalmas létesítmény építésének ötletét 1985-ben vetette fel Mihail Gorbacsov és Ronald Reagan a szuperhatalmak genfi csúcstalálkozóján és, annak ellenére, hogy a tervek lassan körvonalazódtak és a konkrét építési munkálatok sokkal később, csak 2013-ban kezdődtek meg, a jelenlegi állapotok szerint a reaktor, ha a 2025-re kitűzött indítási határidőre, az első plazma begyújtására nem is áll majd készen, de nem sokkal később működésbe léphet, bár az elmúlt időkben több váratlan tényező is hátráltatta a konstrukciót.

A fúziós folyamatok során az építmény fánk alakú tokamakjában a mágneses tér által kontroll alatt tartott plazma a Napnál jóval magasabb hőmérsékletet, 150 millió Celsius-fokot is elérhet, legalábbis ez a cél, mivel, a csillaggal ellentétben (ahol körülbelül tizedannyi a fúziós reakciókat generáló hőmérséklet) a földi fúziós folyamatoknak más körülmények között, alacsonyabb nyomáson és kisebb sűrűségű környezetben kell működnie az ITER leírása szerint. Emellett, ha a Nap proton-proton ciklusa által termelt energia mennyiségét állítaná elő egy fúziós reaktor, az földi körülmények között nagyon veszteséges vállalkozás lenne, mivel a csillag köbméterenként meglehetősen kevés kilowattnyi energiát generál - a rengeteg energiabefektetéssel járó folyamat, aminek során az atommagok közti taszítóerő legyőzésével egyesülnek a hidrogénatomok, a Nap esetében lassan halad. Ez a földi élet szempontjából szerencsésnek mondható, mivel így a csillag készletei még sokáig kitartanak és lehetővé teszik az életet a bolygón,

de az emberiség energiaellátása más feltételeket kíván meg.

Az ITER-ben a fúzió két hidrogénizotóp, deutérium és trícium segítségével valósul meg. A kétféle anyagból egészen kevés is elég a pozitív energiamérleg eléréséhez és nincs hiány belőlük: előbbit vízből lehet kinyerni, utóbbi pedig a reaktorban zajló fúzió alatt keletkezhet lítium jelenlétében. A plazma több mint százmillió Celsius-fokra való fűtése és a reaktor falaitól való távoltartása már bonyolultabb feladat, de van még egy, legalább ennyire lényegbevágó kérdés, ami válaszra vár: a reakciókat, miután sikerült beindítani, vajon hogyan fogják leállítani szükség esetén, vagyis

hogyan hűtik le a plazmát?

A választ magyar szakemberek adják meg, mivel egyike a három helyszínnek, ahol az ITER fúziós folyamatait leállító technológiát fejlesztik, Magyarországon található, az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Plazmafizika Laboratóriumában a KFKI csillebérci Campusán. A laboratóriumnak két évvel ezelőtt sikerült elnyernie az ITER projekt keretében kiírt pályázatot, aminek segítségével megépíthették a szükséges berendezéseket és megkezdhették a fejlesztéseket. A módszer központi elemét egy belövőeszköz adja, amiben nagyon alacsony hőmérsékletre, körülbelül mínusz 260 Celsius-fokra hűtött hidrogénjég-lövedék helyezkedik el, ezt a kis darab szilárd hidrogént lövik be gázimpulzussal rendkívüli sebességre gyorsítva a plazmába, ahová nem egyben, hanem tört állapotban, kis szilánkok formájában érkezik meg, így tudja hatékonyan kifejteni a hatását.

A több mint 100 m/s sebességgel érkező pellet a tokamakban, egy ferdén elhelyezett lapon törik össze és egyfajta poroltó funkciót tölt be, útját állva az elszabadult elektronoknak, aminek azért nagy a jelentősége, mert ezzel a technikával szabályozott, kontrollált módon tudják lehűteni a forró plazmát, ahelyett, hogy az, hiba esetén, magától hűlne le, a berendezés falaiban esetlegesen nehezen javítható és az ITER hosszú ideig tartó leállítását eredményező károkat okozva.

A Fúziós Plazmafizika Laboratórium SPI (shattered pellet injector, tört pellet belövő) kísérleti berendezésében a teszteket kondenzált hidrogénlövedékekkel végezték el idén nyáron, amelyeknek nagysága és jellemzői a később az ITER-ben alkalmazott pelletekével egyezett. A folyamathoz egyébként lehetséges fagyasztott neon-, vagy deutériumpelleteket is használni, de az ITER esetében a 28,5x57 milliméteres hidrogénpelletek a megfelelőek, ezeket tesztelik a KFKI Campusán. A kísérleti reaktorban a tervek szerint 27 SPI berendezést állítanak szolgálatba és abban az esetben lesz majd szükség a használatukra, ha a plazma instabillá válik, ilyenkor ugyanis a másodperc ezredrésze alatt következik be a baj és az azonnali beavatkozás életmentő lehet a vákuumkamra épsége szempontjából.

A pellet belövő rendszert Grenoble-ben és az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban is tesztelik, ahol deutériumlövedékeket alkalmaznak az ELM (edge localized mode instabilities, a plazma "szélein" tapasztalható instabilitás) csillapítására.

A Kutatók Éjszakája alkalmából betekintést nyerhettünk a laboratóriumba is, ahol a pelleteteket hozzák létre és a teszteket végzik a magyar szakemberek. Dr. Réfy Dániel, a Fúziós Plazmafizika Laboratórium kutatója elmondta, a laborban a pellet készítésének kikísérletezése és a kilövés tesztelése mellett azt is vizsgálják, hogy mi történik a hidrogénlövedékekkel azalatt a szempillantásnyi (az ezredmásodperc törtrésze) idő alatt, amíg az a törésig eljut. Ennek mérését egy nagyteljesítményű kamera segítségével végzik el, ami sokmillió képet készít a folyamatról. Az első pellet 2021 decemberben készült el és világelsőként sikerült az ITER-hez megfelelő méretű "lövedéket" létrehozni, mivel korábban a két másik ezzel foglalkozó helyszínen, az ORNL-ben és Grenoble-ben nem tudták a nagynak számító 28,5 milliméteres méretet elérni.

A berendezésben alacsony nyomáson hűtik a hidrogént, így a gázból lényegében azonnal jég lesz - mondta el Réfy Dániel - majd az elkészült pelletet, ami a csőben várakozik, a kellő időben nagynyomású gázzal lövik ki és gyorsítják kevesebb mint egy ezredmásodperc alatt. A teszteléshez használt berendezésben elhelyezett kamerák másodpercenként akár öt - húszmillió képet is képesek rögzíteni a folyamatokról, ezáltal láthatóvá válik az összes apró mozgás, ami a rendszerben történik.

Az ITER vészleállítójának tesztelése jelenleg is zajlik a laboratóriumokban, ahol a szakemberek egyre pontosabb képet kapnak arról, hogy hogyan tud megbízhatóan és hatékonyan működni a folyamat és az EK és ipari partnereinek képviselői a 32. Symposium on Fusion Technology (SOFT) konferencián szeptemberben szélesebb közönség előtt is bemutatták az eddig elért eredményeket. Legközelebb november 10-én az Energiatudományi Kutatóközpont kutatójának, Zoletnik Sándornak az előadásában tudhatnak meg többet az érdeklődők a "földi Nap tüzének elfújására tervezett hideg poroltóról", amit a galileowebcast élő adásban közvetít.

(Fotó: ELKH, Iter Organization, Oak Ridge National Laboratory, Getty Images/Filipp Borshch)

A Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor szívébe nyerhetünk bepillantást Az ITER építési munkálatainak több mint 85%-a készen van, a fánk alakú tokamakot alkotó első egységek is várják, hogy a helyükre kerülhessenek.