A jövő energiája, az energia jövője

A fúziós energia működési elve a következő: egy reakcióban két könnyebb atom egyesül egy nehezebb atommá. A folyamatban hőenergia szabadul fel, amit áramtermelésre lehet majd használni a fúziós reaktorokban.

A nukleáris fúzió amúgy az a mód, ahogy például a mi Napunk is működik. A Napban óriási hőfok és nyomás alatt hidrogén atomok egyesülnek hélium atomokká, miközben nagy adag hő és radioaktív anyag távozik belőlük. Ám a jelentős különbség a jelenlegi, maghasadáson alapuló atomerőművekhez képest éppen az, hogy ez a radioaktív anyag sokkal gyorsabban lebomlik olyan szintre, ahol már kimutatni sem lehet.

Hogy jön ide a tokamak?

A tokamak lényegében egy speciális fúziós reaktor, amellyel elméleti szinten először az ötvenes években foglalkoztak szovjet tudósok. Az elnevezés a toroidális mágneses összetartású csapda rövidítése. Vagyis a tokamak egy tórusz (az amerikai lyukas fánkra emlékeztető forgástest) alakú mágneses mező, amely közepén az extrém forró plazma csapdába kerül. Ebben a plazmában kerülhet aztán sor a fúziós reakciókra.

Kisebb tokamakokkal tele a padlás – az elmúlt negyven évben rengeteg kísérleti labor készített ilyen eszközt. A gond az, hogy a csapdába ejtett plazma és a mágneses mező kontrollálása roppant nehéz feladat. Ezért a tokamakok tanulmányozása annyira elhúzódott, hogy lassanként egy régi versenytárs került helyettük az előtérbe.

Válassz csillagot: a sztellarátor

A sztellarátor hasonló elven működik, mint a tokamak, tehát magas hőmérsékletű plazmát tart egyben mágneses mező használatával, hogy így alakuljon ki ellenőrzött magfúzió. A készülék neve arra utal, hogy működési elve hasonló ahhoz, ahogy a csillagok termelik az energiát. A sztellarátor feltalálója Lyman Spitzer volt, és bár a legelső kísérleti modell, a Model A már 1953-ban működőképes volt, idővel a vártnál alacsonyabb teljesítmény miatt a sztellarátorok háttérbe szorultak a tokamakhoz képest.

A kilencvenes években azonban a tokamak problémái odáig vezettek, hogy ismét felújult a sztellarátor iránti tudományos érdeklődés, és több új berendezés is épült. A nagyobb sztellarátorok a következők: a németországi Wendelstein 7-X, az USA-beli Helically Symmetric Experiment (HSX) és a japán Large Helical Device.

A Wendelstein 7-X 2015-ben már a legnagyobb sztellarátor volt a Földön, és a tervek szerint 2021-re képes lesz fél órán át szabályozni a plazmát, amely tehát egy tervezett fúziós reaktorhoz az első, elengedhetetlen lépés.

A Nap KELETen kél

A kínai HL-2M tokamak neve „Experimental Advanced Superconducting Tokamak” (EAST). Először 2006–ban aktiválták, majd több fontosabb állomás elérése után 2018-ban már az optimális működési hőmérséklet felén, tehát egymilliárd Celsius fokon működött. Idén pedig a tervek szerint már kétmilliárd fokon fog.

Az EAST tehát lényegében egy működési terv egy nagyobb fúziós reaktorhoz. A segítségével laborkörülmények közt tanulmányozható egy tokamak viselkedése. A felépítése miatt a tokamak ugyanis hajlamos a legforróbb, legnagyobb energiájú részecskéket kivetni a magjából, és ezáltal destabilizálódni, és ilyenkor kívülről kell ismét felfűteni a működési hőmérsékletre.

És ez az a probléma, ami miatt a kilencvenes évekre a tokamak helyett a figyelem inkább a sztellarátorra terelődött.

Az EAST viszont elvileg saját magától tartja fent a hőmérsékletet, és a kutatók rövidebb ideig meg is tudták őrizni a plazma állapotot az elmúlt tizenhárom évben. A mostani cél pedig a stabilabb, állandóbb plazma reakció elérése/fenntartása. Ha ez sikerül, Kína az elsők közt építhet fúziós erőművet.

(Kép: Wikipedia, Kínai Tudományos Akadémia)