A vizes vb és a fúzió esete

A vizes vb és a fúzió esete

Tudtad, hogy a Duna Aréna 50m-es medencéjének vízéből fúzióval kinyerhető energiával el lehetne látni egy Budapest méretű várost több mint 4 évig?

És azt, hogy a Föld lakosságának több mint felét magukba foglaló országok építik az első erőmű méretű fúziós kísérleti reaktort?

Nem? Sebaj, van még néhány érdekes összehasonlításunk a fúziós energiával kapcsolatban a letölthető infógrafikánkon.

Fúziós infógrafika, forrás: Wigner fusion, magfuzio.hu

 

Oké oké na de hogy működik a fúzió?

A fúzió könnyű atommagok egyesítését jelenti, a hozzánk legközelebb eső természetes fúziós reaktor nem más, mint a Nap. A Nap fúzió segítségével állítja elő azt a hatalmas mennyiségű energiát, amely a földi életet is táplálja. Éjszaka felnézve a derült égboltra ezernyi fúziós reaktort láthatunk, hiszen az összes csillag az univerzumban ilyen módon állítja elő az energiát. A számos működő példa, és az évtizedek óta folyó kutatások ellenére egy pozitív energiamérlegű, atommagok egyesülésén alapuló reaktor földi megvalósítása még várat magára. Gyakorlatilag a Napot szeretnénk lehozni a Földre, ami nem kis feladat, viszont biztonságos, kifogyhatatlan és környezetbarát energiaforrást kínál.

A sokféle fúziós reakció közül a Földön más folyamat valósítható meg gazdaságosan, mint ami a Napban folyik le. A Napban főképpen két egymással párhuzamosan zajló energiatermelő ciklus termeli a fúziós energiát. Az egyik a proton-proton(pp) ciklus, a másik a szén-nitrogén-oxigén(CNO) ciklus. Földi körülmények között két hidrogén izotóp, a deutérium és a trícium fúziója (D-T reakció) a legkönnyebben megvalósítható, ennek reakcióterméke egy hélium atommag és egy neutron.

 

D-T reakció, forrás: EUROfusion, Reinald Fenke

 

A deutérium a földön szinte mindenhol megtalálható, mivel nagyjából minden ötezredik vízmolekula egyik hidrogénje deutérium. A trícium ezzel szemben csak nyomokban fordul elő, ezért ezt meg kell termelni, szakszóval élve tenyészteni kell. Ez a fúziós reakció termékeként előálló neutronnal lehetséges úgy, hogy egy lítium atommagot alakítunk át magreakcióval héliummá és tríciummá. Ilyen módon a reaktor magának termeli majd az üzemanyag egy részét lítiumból, ami szintén korlátlan mennyiségben megtalálható, kivonható a tengervízből illetve számos vulkanikus kőzetből.

A fúzió megvalósításánál a nehézséget az okozza, hogy a DT fúzió bekövetkezésének a valószínűsége 100 millió fokos – a Nap magjánál tízszer melegebb – közegben a legnagyobb. Ilyen magas hőmérsékleten az anyag teljesen ionizált állapotba kerül, azaz az atommagokról leszakadnak az elektronok, ezt az állapotot hívják plazmának. A magas hőmérsékletű plazmát földi körülmények között mágneses térrel kell összetartani ahhoz, hogy ne érjen hozzá a berendezés falához. Ilyen mágneses összetartású kísérleti berendezésből jelenleg nagyjából 40 üzemel szerte a világon.

 

Mi a következő lépés?

A Föld népességének több mint felét befogadó országok összefogtak és létrehozták az ITER projektet ami a világ egyik legnagyobb kutatás-fejlesztési együttműködése. Tagjai az Egyesült Államok, India, Dél-Korea, Japán, Kína, Oroszország és az Európai Unió.

Az ITER építkezése, 2017 júniusában, forrás: ITER Organization

Az ITER egy mágneses összetartású kísérleti berendezés, megépítése mérföldkőnek számít a fúziós kutatásokban, mivel számos fizikai folyamat, illetve műszaki megoldás itt lesz először kipróbálható. Többek között célja, hogy 50MW fűtő teljesítmény mellett 500MW fúziós teljesítményt produkáljon, ezzel demonstrálva a fúzió energetikai felhasználásának lehetőségét. Itt kerülnek először tesztelésre a trícium tenyésztési módszerek, továbbá megalapozza majd egy hálózatra is termelő energetikai reaktor koncepcióját.

Az Európai Unió fúziós kutatási programjának tagjaként az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont és a BME munkatársai is részt vesznek az ITER projektben. Több mint 10 magyar fizikus és mérnök járul hozzá számos részfeladat megvalósításán keresztül ehhez a hatalmas – az Eiffel-toronynál háromszor nehezebb – dél-Franciaországban épülő berendezéshez.