A fúziós reaktor az energiaellátás és biztonság jövőjének egyik nagy technológiai áttörése lehet, ha a világszinten több helyen is tartó egyedi fejlesztések révbe érnek.

Az európai energiaválság és az orosz-ukrán háború is aláhúzta, hogy nem tehetünk fel mindent az időjárásfüggő megújuló energiatermelési módokra, ha el akarjuk érni a klímasemlegességet.

Túl azon, hogy csak az év 20-30%-ban állnak rendelkezésre, a földgázfüggőségünket is növelik a szél- és a naperőművek, miután többnyire csak földgáz-tüzelésű erőművekkel lehet kiegyensúlyozni a változó működésüket. Kell tehát valami másnak is a tarsolyban lenni az energiaipar teljes dekarbonizációjához. Valaminek, ami szennyezés- és hulladékmentesen, előre tervezhetően és ÜHG-kibocsátás nélkül termel nagy hatékonysággal villamos- és hőenergiát, ha lehet kapcsoltan. A fúziós, úgynevezett negyedik generációs atomerőművek létrehozása épp azért nagyon vonzó alternatíva, mert tökéletesen megfelelnének a fenti kívánalmaknak.

Mi is a fúziós reaktor?

A fúziós reaktor olyan energiatermelő eszköz, amely az egyes atommagok egyesülésekor létrejövő energiatöbbletet hasznosítja, nem a hasadásuk energiáját, mint a jelenlegi atomerőművek. Ez a folyamat termeli az energiát a Napban és általában a csillagokban, ezt másoltuk le tulajdonképpen a fúziós reaktorokkal, szó szerint próbáljuk lehozni a csillagokban zajló reakciót az égből.

A fúziós technológia előnye, hogy

  • tüzelőanyaga – deutérium és trícium keveréke – rendkívül nagy mennyiségben áll rendelkezésre a Földön, hosszú távon is fedezheti az energiaszükségletünk jelentős részét.
  • Nincs nagy mennyiségű sugárzó hulladék, így összehasonlíthatatlanul környezetkímélőbb, mint a hagyományos, urán alapú atomerőmű.
  • A keletkezett energia könnyen árammá alakítható, és tetszőleges helyre elszállítható távvezetékeken, a hőenergia pedig távfűtő rendszerekben, vagy más módon hasznosítható.
  • A jelenleg működő nukleáris erőművekhez viszonyítva a minimális hulladékkeletkezés mellett az is jelentős előnynek számít, hogy a technológia biztonságosabb, mivel üzemzavar esetén a fúziós folyamat leáll.

A fúziós eneriga hátránya, hogy sok csúcstechnológiai elem szükséges a megépítéséhez:

  • hélium hűtőrendszer az abszolút nulla fok közelében,
  • aztán szupravezető mágnesek, a folyamat beindítása pedig meglehetősen sok energiát igényel.

Ezért nagy jelentőségű a brit tudósok idén februári nagy port kavaró bejelentése, miszerint sikerült igazolni, hogy a fenti elképzelések és tervek megvalósíthatók. Először sikerült ugyanis egy kísérleti fúziós reaktorban több energiát termelni a fúzió során, mint amennyit a reakció beindítása felemésztett. 

A közelmúltban jelentős áttörést értek el az EUROfusion konzorcium kutatói és mérnökei a Közös Európai Tóruszban megvalósított kísérleteik során.

A Közös Európai Tórusz (Joint European Torus - JET), az egyesült királyságbeli Culhamban található fontos kutatóreaktor az európai fúziós kutatási program központja, ahol egy közös európai projekt keretein belül végeznek kísérleteket a technológia fejlesztése és az energiatermelési lehetőségek kiaknázása céljából. Az EUROfusion konzorciumot jelenleg az EURATOM program finanszírozza, 26 uniós tagállamból és Svájcból 29 tagja van. Az áttörést eredményeztő kísérlet alkalmával 5 másodperc alatt rekordmennyiségű, 59 megajoule fúziós energiát voltak képesek felszabadítani egy laboratóriumi méretű kísérletben, ami átlagosan körülbelül 11 MW fúziós teljesítményt jelent.

A JET-ben folytatott kísérleteknek köszönhetően az emberiség jelentős lépéseket tett a magfúzió gyakorlati alkalmazása felé, és ezekre az eredményekre alapozva el is kezdődött az első üzemi méretű fúziós berendezés, az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) megépítése.

Első fúziós erőmű?

Az első fúziós erőmű üzembe helyezése 2025-ben várható, a teljes teljesítmény elérése pedig a terv szerint 2035-re valósul meg.

ITER fúziós reaktor

Az ITER a JET nagytestvére, hét globális partner (EU, Egyesült Államok, Oroszország, Japán, Kína, Dél-Korea és India) együttműködésével épül a franciaországi Cadarache-ban. Az ITER célja, hogy a JET laborméretű kísérleteit üzemi szintre emeljék. Ez lesz az első fúziós reaktor, amiben több energiát lehet majd kinyerni, mint amennyit bele kell fektetni a fúziós körülmények megteremtéséhez, egész pontosan 50 MW befektetett fűtési teljesítmény mellett a cél 500 MW fúziós teljesítmény kinyerése, vagyis tízszer több energia output, mint amennyi a folyamat beindításához szükséges input. Ha azonban jól alakulnak majd a kísérletek, egy jövőbeli fúziós erőművek akár ennél is nagyobb hatékonysággal működhetnek. Amennyiben a projekt sikeres lesz, az első fúziós erőművek, melyek már áram termelésre is alkalmasak lesznek 2050-re fognak megépülni.

De addig is gőzerővel folyik tovább a fejlesztőmunka, aminek az egyik legfontosabb eredménye az lehetne, ha sikerülne a trícium és a deutérium fúziójának a körülményeit egyszerűsíteni, az energiaigényt csökkenti.

Egy tengeri garnélarák megfigyelése adta az ötletet az Oxfordi Egyetem First Light Fusion nevű spin-off cégének az első lézerek és nagy teljesítményű mágnesek nélküli magfúzió megvalósításához.

A mindössze 3-5 centis pisztoly garnéla (Alpheus- és Synalpheus fajok) megnagyobbodott és speciálisan módosult ollójának pattintásával olyan lökéshullámot és olyan buborékokat tud generálni, amelyekben a hőmérséklet 4700 oC is lehet a másodperc törtrészéig, a buborékok pedig olyan hihetetlen sebességgel (~100 km/h) és erővel találják el az áldozatot, hogy az kábult állapotba kerül. A First Light Fusion olyan, a garnélarák technikáján alapuló módszert tervezett, amely megteremti a fúzióhoz szükséges feltételeket.

Az új, energiatakarékos fúziós technológia egy railgun-szerű elektromágneses eszközt használ, amely lövedéket lő ki több mint 23340 km/h sebességgel. Amikor a lövedék eléri a célt, az ütközési nyomás körülbelül 100 gigapaszkál. Az üzemanyag-pellet hordozó speciális kialakítása felerősíti ezt a nyomást 1 terapaszkál körülire. Az üzemanyag-pellet összeomlásakor 100 terapaszkál körüli a nyomás, ami elég a fúzió megvalósítására. Ezek bár nagyon ígéretes és igazán innovatív fejlesztések, és nem lehetetlen, hogy ez, vagy ehhez hasonlóak vezetnek majd el az igazi áttöréshez, a következő lépés mindenképpen az ITER megépítése és üzembe helyezése lesz. Itt rendelkeznek már majdnem 40 év fejlesztési tapasztalattal, ami nélkülözhetetlen az üzemi szint és teljesítmény eléréséhez.

Az ITER-ben folyó munka egy komplex mérnöki technológiai kísérlet lesz, ami hatalmas tudományos áttörést és előrelépést jelenthet az emberiség számára.

Miért jelent áttörést?

Azért, mert megoldást adhat arra a problémára, hogy hogyan lehet egy technológia egyszerre kiszámítható és tervezhető rendelkezésre állású, és egyúttal klímasemleges és közel hulladék-mentes is. 

Összegezve: a fúzió biztonságos, hatékony, valamint életciklusra nézve is alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiaforrás, ezáltal a klímasemlegességre való törekvés–, valamit az ellátásbiztonság szempontjából is hosszú távon  fontos szereplő lehet egy diverzifikált energiamixben.

Forrás: corvinak.hu (2022.05.18.)