Az angliai Oxfordshire-ben található Joint European Torus (JET) létesítmény a közelmúltban új világrekordot állított fel a fúziós energia kibocsátása terén. A szétszerelése előtti utolsó tesztjei során a JET mindössze 0,21 milligramm fúziós tüzelőanyag felhasználásával 69,26 megajoule hőt termelt, ami minden korábbi fúziós energiatermelési kísérletet felülmúl, jóllehet nettó energianyereségre ez esetben nem került sor. A most nyert energia 2 kilogramm szén elégetése során felszabaduló energiához mérhető – írja a LiveScience.

1983-as megalakulása óta a JET a fúziós kutatás élvonalába tartozik. Jellegzetes tokamak kialakítása – tehát egy fánk alakú kamra lehetővé tette a tudósok számára, hogy a hidrogénizotópokat plazmaállapotba hevítsék és felgyorsítsák őket, ami megkönnyíti a magfúziót. A folyamat során a könnyű atommagok egyesülnek egy nehezebb atommaggá, ami a Napban zajló folyamatokhoz hasonló (innen a fúzió kifejezés) – a folyamat során pedig hatalmas energia szabadul fel. Az évek során a JET számos mérföldkövet ért el a deutérium és trícium keverék használatával, amely ma a fúziós reakciók standard üzemanyaga.

Fernanda Rimini, a JET tudományos üzemeltetési vezetője kiemelte, hogy a létesítmény képes fúziós plazmát előállítani azzal az üzemanyag-keverékkel, amely idővel valószínűleg a kereskedelmi fúziós reaktorokban is használatos lesz. Sikerei ellenére a JET-et 2023 decemberében leállították a rekorddöntési kísérletet követően. A reaktort most szétszedik, ami várhatóan 2040-ig tart majd, hogy a kutatók értékes adatokat gyűjtsenek és fontos betekintést nyerjenek a plazmadinamikának a reaktor szerkezetére gyakorolt hatásaiba. Ezek az ismeretek fontosak lesznek a biztonságosabb radioaktív hulladékártalmatlanítási módszerek kidolgozásában és a jövőbeni fúziós reaktortervek fejlesztésében.

A JET kísérletei jelentősen befolyásolni fogják a Nemzetközi Termonukleáris Kísérleti Reaktor (ITER) fejlesztését is, ami a JET-nél sokkal nagyobb tokamak, és Franciaországban épül, várhatóan pedig 2025-ben kezdi meg a működést. Erről a kísérleti reaktorról már mi is írtunk többször is:

Újra benézhetünk az épülő Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor színfalai mögé Az ITER csarnokában hatalmas mágnestekercsek és egyéb berendezések várják, hogy a befejeződjön az építkezés és működésbe lépjen a rendszer, ami bizonyíthatja a fúziós energiatermelés életképességét.

A JET-en kívül másik jelentős előrelépés is történt a fúziós energia kutatása terén, ami Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban működő US National Ignition Facility (NIF) újabb fontos eredménye – írja a New Scientist. A NIF 2022-ben történelmi mérföldkövet ért el azáltal, hogy elindítottak egy fúziós reakciót, amely több energiát szabadított fel, mint amennyit a beindításához felhasználtak. Ez volt tehát az első alkalom, hogy az irányított fúziós folyamat nettó energianyereséget ért el – az ezt követő kudarcokat pedig végül további sikeres kísérletek követték – amikről korábban mi is írtunk:

Elérkezett a szinte végtelen fúziós energia új korszaka a forradalmi áttörést követően Tavaly decemberben a Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a világon elsőként érte el az úgynevezett "begyulladási állapotot", vagyis amikor egy ilyen folyamat több energiát termel, mint amennyire a fúzió beindításához szükség volt. Az eredményt viszont nem sikerült megismételni – legalábbis mostanáig. Mostanra ugyanis háromszor sikerült reprodukálni a forradalmi áttörést.

Most pedig egy tanulmánynak köszönhetően valamennyire az arányokkal is tisztába kerülhetünk: a 2022-es áttörés során a befektetett energia 1,5-szörösét termelték, amit követően egy sikeres kísérletben 2023 szeptember 4-én a befektetett energia közel kétszeresét, a tanulmány szerint 1,9-szeresét sikerült előállítani.

Amíg azonban a JET és az ITER egy tokamak típusú plazmakamra, ahol a fúziós reakciót a hidrogénizotópok nagy hőmérsékletű és nagynyomású plazmájában hozzák létre, addig a NIF a “belövős” vagy “inertial confinement fusion” (ICF) módszert alkalmazza. Itt a fúziót termonukleáris gyorsulás segítségével érik el, vagyis a fúziós üzemanyagot (egy mindössze két milliméteres, deutériumot és tríciumot tartalmazó kapszula) ultragyors lézerimpulzusokkal tömörítik, létrehozva a szükséges hőmérsékletet és nyomást a fúzió elindításához.

Habár a NIF energiahozamai ígéretesek, jelenleg túl alacsonyak a gyakorlati áramtermeléshez, és az energiaszámítás nem veszi figyelembe a lézerenergia előállításához szükséges teljes energiafogyasztást sem, amely jóval meghaladja a teljesítményt.

Raádásul a NIF elsődleges célja sajnos nem a kereskedelmi energetikai megoldások fejlesztése, hanem az Egyesült Államok nukleáris fegyverprogramjának támogatása a neutronbombázás nukleáris bombakomponensekre gyakorolt hatásainak a kutatásával. A kísérlet ezen kettős felhasználása pedig azzal jár, hogy a kutatások egy része továbbra is titkosított marad, és a létesítmény nincs optimalizálva az energiatermelés maximalizálására.

A NIF közölt adatai alapján Aneeqa Khan, a Manchesteri Egyetem (Egyesült Királyság) munkatársa egyetért azzal, hogy a fúziós kutatás terén a közelmúltban elért eredmények pozitívak, de hangsúlyozza, hogy évtizedekbe fog még telni a kereskedelmi erőművek beüzemelése – mint nyilatkozott:

“A fúzió már elkésett azzal, hogy megbirkózzon az éghajlati válsággal. Már most is globális szinten szembesülünk az éghajlatváltozás okozta pusztítással. Rövid távon fel kell használnunk a meglévő alacsony szén-dioxid-kibocsátású technológiákat, például a maghasadást és a megújuló energiaforrásokat, miközben hosszú távon be kell fektetnünk a fúzióba, hogy egy változatos, alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiamix részei legyünk. Mindent be kell vetnünk a klímaválsággal szemben.”

(A cikkhez használt kép illusztráció, azon a kínai Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) látható)
​