A KÍNAIAK MEGINT ELŐBBRE JÁRNAK
A napokban kisebb tudományos földindulást okozott az a hír, miszerint Kínában bő egy éven belül két világrekordot is felállítottak az ottani fizikusok, már ami az úgynevezett fúziós reaktorokkal kapcsolatos kutatásokat-kísérleteket illeti. Tavaly a világon először sikerült 100 másodpercnél tovább életben tartaniuk a forró plazmát. Most, november közepén pedig sikerült meghaladni a 100 millió fokos hőmérsékletet is, ami már nagyon közel van a tudományos áttörést jelentő értékhez. Ez azt jelenti, hogy Kína akár egy-két éven belül megcsinálhatja azt, amit a fejlett világ 34 országának 1985 óta sem sikerül…
A Kínai Tudományos Akadémia Hofeji Fizikatudományi Intézet keretei közt működő EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak – kísérleti fejlett szupervezető tokamak) berendezés a fenti eredménnyel a világ első olyan fúziós reaktora, amely igen közel kerül ahhoz, hogy a valóságban is működő fúziós energiatermelővé váljon.
Miért fontos ez? Mert a filmekben, sci-fi regényekben is emlegetett magfúziós erőmű ezerszer biztonságosabb és milliószor környezetbarátabb az atomenergiánál. Pusztán néhány kilogramm hidrogénből városok ellátásához szükséges mennyiségű energiát lenne képes előállítani úgy, hogy pusztán ártalmatlan hélium és némi neutronsugárzás keletkezik.
A folyamat pontosan ugyanaz, mint ami a napban lejátszódik: ott két hidrogénatom (pontosabban azok izotópjai) egy héliumatommá egyesül (fuzionál, innen a név), közben pedig az ismert, hatalmas energia keletkezik. (Az atommag hasadását könnyebb elérni, mint a fúzióját, ám e klasszikus atomenergia többek közt hosszú ideig bomló radioaktív anyagokat hagy hátra, amelyek biztonságos és hosszú távú tárolása elképesztő összegekbe kerül – ellentétben a tiszta fúziós energiával.)
15 MILLIÓ FOK
A tudósok tehát immár hatvan éve, az első tokamak berendezés megépítése, majd elindulása (1958) óta azon fáradoznak, hogy a napban lezajló fúziós reakciót – egyszerűen mondva – lehozzák a földre. A napban 15 millió fokos hőmérsékleten megy végbe ez a hidrogén-hélium fúzió, ám ott a gravitációs nyomás is nagyságrendekkel nagyobb, mint a Földön. (A Nap tömege 750-szer akkora, mint a Naprendszer összes égiteste együttvéve, beleértve az óriásbolygókat is!) A Földön tehát hétszer akkora hőmérséklet elérése szükséges a hidrogén-hélium fúzió létrehozásához. Viszont, ha sikerül létrehozni itt a mesterséges napot, akkor az emberiség szinte teljes erőművi energiaigénye egy csapásra megoldódna! A hidrogén ugyanis végtelen mennyiségben rendelkezésre áll, az előállítása fillérekből megoldható, különösen, ha az uránbányászat és -dúsítás költségeivel vetjük össze. Arról nem is szólva, hogy ugyanannyi energia előállításához töredék annyi hidrogénre van szükség, mint uránra.
MÉG NEM NYERESÉGES
A gond „csupán” az, hogy elképzelhetetlen hőmérsékletet és viszonylag hosszú, többperces „működési” időt kell elérni a fúziós reaktorokkal, miközben ott egy rendkívül instabil és szuperforró plazmát kell egyben tartani. Ez sok millió amperes áramerősséget – a legnagyobb reaktorban 15 millió ampert – igényel. Így tehát ma még sokkal több energiát kell befektetni a plazma fenntartásába, mint amennyit a fúzióból ki tudunk nyerni.
Ahhoz pedig, hogy akár minimális energianyereséggel lehessen üzemeltetni a fúziós erőműveket, sokkal nagyobb, illetve sokkal hatékonyabb tokamakokat, azaz fúziós reaktorokat kell építeni.
Persze ez ügyben is rengeteg előrelépés történt, ám az űrkutatáshoz vagy a részecskegyorsításhoz hasonló összetettségű berendezések méregdrágák. A legnagyobb ilyen tokamak megépítése pedig most folyik, miután a nemzetközi közösség, főként a tudományos diplomácia évekig, sőt évtizedekig vitatkozott a megvalósításról.
A fúziós erőművek „nemzetközi űrállomása”, az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) egy 1985-ben indult projekt, amelyet huszonegy év nemzetközi vita után végül 34 ország összefogásával kezdtek építeni Dél-Franciaországban. A tízmilliárd dolláros (2800 milliárd forintos) megaprojekt építése most a felén túl van, de az első kísérletek csak 2025-ben kezdődhetnek el.
A fent részletezett kínai kísérletek azonban azt sejtetik, hogy igen sikeres lehet az ITER is. No meg azt, hogy Kína nemcsak részt vesz a nemzetközi együttműködésben, hanem – nyilván az ott szerzett, nyilvánosan felhasználható tapasztalatok alapján – a maga tokamakját is folyamatosan tökéletesíti.
JÖNNEK A STARTUPOK
Ám ahogyan az űrkutatásban jelentős költségcsökkentéseket értek el a magáncégek, például a SpaceX, úgy a fúziós témában is startupok tucatjai mozognak. Például az ITER-ből jó pár éve kilépett Kanada, ahol egy General Fusion nevű vállalat próbálja a 3D-nyomtatást vagy éppen a magas hőmérsékletű (mínusz 270 helyett mínusz 70 fok körül működő) szupravezetőket felhasználni egy olcsó, költséghatékony fúziós erőmű megépítéséhez. A cég vezetője szerint végre nem kell már harminc évet várni a fúziós energia megszületéséig.
A technológia ugyanis készen van – mint azt a kínai kísérlet is megmutatta –, már csak egyre jobb és jobb anyagokat kell találni, illetve kifejleszteni, mert a 100 millió fok feletti hőmérsékletű plazmát elektromágneses tér tartja össze, de azért a reaktorkamrát jobb anyagokból kell készíteni, mint a föld légkörébe visszatérő űrhajók védőpajzsát.
De sok függ a reaktor alakjától is. Eddig mind a kínai EAST, mind a nemzetközi ITER fánk alakot használt, ám most egy brit startup, az Oxfordhoz közel letelepedett Tokamak Energy jóval kisebb, gömb alakú fúziós reaktorokat épít. Ezek nemcsak könnyebben mozgathatók, hanem nagyságrendekkel olcsóbbak is a nemzetközi vagy a kínai tudományos „nagyágyúknál”, sőt, a kialakításuk is hatékonyabb. A Tokamak Energy már három kisebb reaktort fel is épített, a legújabban pedig a 15 millió fokos hőmérsékletet is elérték. A most bejelentett kínai áttörést, a 100 millió fok megismétlését jövő nyárra ígérik. Jonathan Carling, a cég vezetője a BBC-nek azt nyilatkozta, hogy 2022-re sikerülhet energiát kinyerni a szerkezetből, és 2030-ra már elektromos hálózatra köthető fúziós erőművük lesz!
De közben az Amerikai Egyesült Államokban is folyik a munka: az MIT egyetem egy Commonwealth Fusion Systems nevű kezdeményezésben épít hagyományos, fánk alakú tokamakot Sparc néven. Ezt a programot pedig olyan jelentős üzletemberek támogatják, mint Jeff Bezos (Amazon-alapító), Bill Gates vagy épp Michael Bloomberg. A csapat azt a célt tűzte ki, hogy olyan kicsi fúziós reaktorokat építsen, amelyek gyárakba, építkezésekre is kihelyezhetők lennének.
NEM LESZ EGYEDÜL
A gőzerővel épülő ITER úgy tűnik, nem lesz egyedül, amikor 2025-ben elindulnak rajta a kísérletek. Itt az áramtermelés eredetileg nem volt cél, csak a kísérletek, a későbbi fúziós erőművek prototípusának megalkotása. Akárhogy is, amennyiben 6-8 éven belül tényleg sikerül bebizonyítani, hogy áramtermelésre stabilan és „atombiztosan” alkalmas a magfúzió, akkor valóban elképesztő, sohasem látott átalakulás mehet végbe a teljes globális energiaszektorban, sőt gazdaságban. A tudósok szerint a fúziós reaktorok sokkal biztonságosabbak, mert ha nem kapnak energiát, akkor egyszerűen leáll a fúzió, nem kell a csernobilihez vagy a fukusimaihoz hasonló katasztrófáktól tartani, ráadásul egy szerényebb mértékű és villámgyorsan elbomló neutronsugárzáson kívül ártalmas melléktermék sem keletkezik.
A kérdés most már csak az, hogy az olaj- és az atomlobbi mit szól, hogyan reagál majd az éveken belül várható első eredményekre. Esetleg a nagy energetikai konszernek maguk állnak a fejlődés élére? Vagy minden eszközzel harcolni fognak e technológiák ellen? Mondjuk azzal riogatják majd a közönséget – ahogyan erre volt már példa –, hogy egy rosszul végződő fúziós kísérlet az egész Földet Nappá változtatja majd.
