A fúziós energiatermelést szupravezető mágnesek állítják pályára

A fúziós energiával kapcsolatban rendre megjelennek vad jóslatok, az áramtermelést néhány éven belül forradalmasító startup ötletek. Ezeknek nem érdemes hinni, de valóban jelentős a fejlődés a területen. A Franciaországban épülő Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) a jelenlegi tervek szerint a 2030-as években lesz képes pozitív energiamérleget felmutatni, de elektromos áramot még ez sem fog termelni – mondta el a G7 Podcast vendégeként Pokol Gergő, a BME Nukleáris Technika Tanszékének egyetemi docense, Magyar Nukleáris Társaság elnöke.

Addig még azonban számos nehézséget le kell küzdeni, részeredmények azonban világszerte vannak. A Lawrence Livermore National Laboratoryban az Egyesült Államokban tavaly például elérték már, hogy a hidrogén izotópjaiból álló plazma fúziója során több energiát termelt, mint amit a plazma fűtésére fordítottak.

Az amerikai kísérletekben mikrorobbantásokat hoztak létre, ami leginkább a plazma nehezen modellezhető működésének leírásához fontos. A fő eredmény az volt, hogy már jól tudták előrejelezni, hogy mi is fog lezajlani. A kutatásokat alapvetően a hadsereg fizette – hiszen így a hidrogénbombák működése, az azokat leíró modellek is biztonságosan, káros sugárzások nélkül tesztelhetők.

A mikrorobbantásos fúziós kutatások egyik fő kihívása a méret: ezért az amerikai kísérlet egyik nagy előrelépése az volt, hogy egy kis kapszulányi anyaggal sikerült az összenyomást elvégezni, ami után egyesültek a hidrogén izotópok és héliummá álltak össze, illetve energiát szabadítanak fel.

Olyan a dolog fizikája, hogy nagyban sokkal könnyebb megcsinálni egy ilyen robbantást, mint kicsiben. Ahhoz, hogy kicsiben legyen esélyünk arra, hogy pozitív energiamérleg kijöjjön, a kapszulát össze kell nyomni a folyékony sűrűségének ezerszeresére.

– magyarázta Pokol Gergő.

A fúziós kutatások különlegessége, hogy már az 1950-es évektől nemzetközi összefogás jellemezte, a hidegháború ellenére is. Az ITER építéséről még 1985-ben Ronald Regen és a Mikhail Gorbacsov állapodtak meg.

Az ITER az európai es nemzetközi kutatásokon alapul, és egy fánk, azaz tórusz alakú térben erős mágneses térrel a helyén tartott plazmán alapszik a technológia. Minél erősebbek a mágnesek, annál kisebbre lehet építeni a tóruszt – ezek terén pedig jelentős fejlődés volt az elmúlt időszakban. A mai napig legnagyobb tórusz az európai összefogásban épült, Angliában található JET (Joint European Torus). Ebben réztekercseket használnak az erős mágneses tér fenntartására, amivel a több százmillió °C-os plazmát a helyén lehet tartani.

Mindehhez 500 MW-nyi áramra van szükség, ami körülbelül másfél nagyságrenddel nagyobb, mint amit a plazma fűtésére fordítanak. Ráadásul olyan óriási hőterhelése van a nagy áramfogyasztásnak, hogy csak 10 másodpercig tud a berendezés működni.

Ma már alkalmaznak nióbium-titán szupravezetőket is – ezekkel még erősebb mágneses teret létrehozni, csakhogy ehhez ezeket az abszolút zéró közepébe, környékére kell lehűteni, amiket folyékony héliummal kell hűteni – ez pedig igen költséges.

A Naprendszer legforróbb közegétől egy pár méterre ott kell lennie az abszolút nulla fok közelében kicsivel lévő, az űr hidegével versengő tekercsnek

– hozott példát a kihívás összetettségére Pokol Gergő.

A magas hőmérsékelű szupravezetők megjelenése nagyot tud ezen változtatni, ezeket már „csak” 80 Kelvinig, azaz -190 °C környékére kell lehűteni.

A fúziós technológiák abban is segítettek, hogy léterjöjjön a LIDAR technológia. A szupravezetők fejlesztése pedig azért érdekes, mert ezeknek számos más területen is fontos felhasználása lehet.

Fizikusként nagyon szkeptikus vagyok a startupok nagyrészével kapcsolatban. Körülbelül 40 startupról tudok, (…) 30 olyan koncepció, amit korábban már vizsgáltak és elvetették.

– emelte ki Pokol Gergő.

Ezek a startup cégek hajlamosak nehezen hihető ígéretekre a befektetők meggyőzése érdekében. Azonban vannak olyan startupok is, amik nagyon ígéretes technológiákkal foglalkoznak, különösen a szupravezető technológiák fejlesztése kapcsán.

A műsorban ezen kívül az is szóba került, hogy:

milyen műszaki kihívásokkal szembesültek az ITER építése során
miben működnek közre a magyar kutatók a fúziós energiában, milyen területre specializálódtak,
milyen kihívást jelent a hazai kutatói és egyetemi oktatói rendszer egyre égetőbb forráshiánya, mennyire van esély Magyarországon tartani a tehetséges fiatalokat,
Látható-e nyoma annak, hogy a magyarországi nukleáris tervekhez megfelelő mennyiségű szakember képzése megoldható lesz-e.