Fúziós fogalmak

Alfa-részecske

A 2 protont és 2 neutront tartalmazó hélium atommag alternatív elnevezése, mely onnan származik, hogy az egyik radioaktív bomlásfajta, az alfa-bomlás során az atommagot ilyen részecske hagyja el.

 

Áramhajtás

A tokamakokban a csavart mágneses tér kialakításához a plazmában áramot kell kelteni. Az erre szolgáló módszerek két típusát különböztetjük meg, az induktív áramhajtást, és a nem induktív áramhajtást.

 

Asdex

A garchingi Max Planck Intézet korábbi tokamak kísérlete, amelyben a H-mode plazmaösszetartást felfedezték.

 

Asdex Upgrade

A jelenleg legnagyobb Németországban működő tokamak, 1990 óta üzemel. Legfontosabb feladata a plazma-fal kölcsönhatást megakadályozó divertor tulajdonságainak vizsgálata, valamint a plazma összetartásának kutatása az ITER-hez hasonló konfigurációban.

 

Association

Az európai fúziós kutatási programban részt vevő nemzeti szervezetek rövid elnevezése. A név onnan származik, hogy az Euratom egy társulási szerződést (Contract of Association) köt egy nemzeti kutatási szervezettel szabályozott fúziós kutatások végzésére. A szerződés létrejöttének feltétele, hogy rendszeres kutatások folyjanak fúziós témában. Magyarországon a Magyar Tudományos Akadémia kötötte a társulási szerződést 1999-ben. Nagyobb országokban több Association is működhet.

 

Breakeven

Azt az eseményt nevezik így, amikor a fúziós reaktorban a reakció során felszabaduló teljesítmény eléri a plazma fenntartásához szükséges befektetett teljesítményt. A reaktor ettől kezdve több energiát termel, mint amennyit felhasznál. A breakevennek szimbolikus jelentősége van, mert ez az energia még nem feltétlenül általunk hasznosítható energiát jelent.

 

CEA

A francia fúziós tagszervezet nevének (Le Commissariat a l’Energie Atomique, Département de Recherches sur la Fusion Contrôlée) rövidítése.

 

Ciemat

A spanyol fúziós tagszervezet nevének (Centro de Investigataciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas, Laboratorio Nacional de Fusión) rövidítése.

 

Ciklotron frekvencia

A töltött részecskék mágneses térben a tér erővonalai körül spirális pályán mozognak. A ciklotron frekvencia megadja, hogy a részecske 1 másodperc alatt hányszor kerüli meg az erővonalat. A ciklotron frekvencia csak a részecskére és a mágneses térre jellemző, nem függ a részecske sebességétől.

 

Compass

Prágában található kis méretű tokamak. Mágneses terének geometriája hasonló a JET-éhez, de jóval kisebb annál.

 

CRPP

A Lausanne-i műszaki egyetem plazmafizikai kutatóközpontja, a legfontosabb svájci fúziós kutató szervezet nevének (Centre de Recherches en Physique des Plasmas, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) rövidítése.

 

Csavart mágneses tér

Olyan gyűrű alakú mágneses tér, melynél a mágneses erővonalak a gyűrű körül felcsavarodnak. A fúziós plazma környezettől való elszigetelését csavart mágneses tér segítségével lehet megoldani, ezért a fúziós reaktorokban ilyen alakú tér található.

 

DCU

Az ír fúziós tagszervezet nevének (Dublin City University, Plasma Research Laboratory) rövidítése.

 

DEMO

Az ITER tapasztalatai alapján később felépülő fúziós erőmű, az első, mely már elektromos energiát termel. A jelenlegi tervek szerint a 2030-as években kezdik építeni.

 

Deutérium

A hidrogén egyik izotópja, atommagjában egy proton és egy neutron található. A jövő fúziós erőműveinek egyik üzemanyaga, mely a természetes vizekben nagy mennyiségben megtalálható.

 

Deutérium – trícium reakció

A hidrogén két izotópja, a deutérium és a trícium fúziós reakciója. A reakció során a két atommag héliummá egyesül, miközben egy neutron is keletkezik. A reakció során hatalmas energia szabadul fel. A tudósok a D-T reakciót kívánják fúziós energiatermelésre felhasználni.

 

DIII-D

Az egyesült államokbeli San Diegoban található tokamak.

 

Diszrupció

Tokamak plazmában fellépő komplex jelenség, mely a plazma gyors hőveszteségéhez és végeredményben a plazma széteséséhez vezet. Kiváltó oka az, hogy a plazmaáram bizonyos eloszlásánál a plazmában gyorsan növekvő mágneses szigetek jelennek meg, amelyek végül lerombolják a plazmát összetartó mágneses tér szerkezetét. A jelenség határt szab a fúziós plazma sűrűségének, nyomásának, és áramának. Mivel a modern sztellarátor berendezésekben nincs plazmaáram, ezért diszrupció sincs.

 

Divertor

A fúziós reaktorok egyik szerkezeti eleme, az a tartomány ahol a forró plazma széle szabályozott módon találkozik a környező szerkezeti elemekkel. Általában a fúziós plazmát tartalmazó vákuumkamra alsó részén helyezkedik el, feladata a plazmában található szennyezőatomok (például a hélium) kivonása a plazmából, melyet a mágneses tér torzítása révén ér el. A divertor plazmával érintkező felületét nagy hőállóságú anyaggal (pl. grafit) burkolják.

 

Drift mozgás

A plazmarészecskék lassú, a mágneses erővonalakra merőleges nem kívánatos mozgása, amely a gyors Larmor mozgáshoz adódik hozzá, és a plazma széteséséhez vezethet. Többféle drift mozgást különböztetünk meg, melyek a nem homogén mágneses tér, illetve elektromos tér miatt jönnek létre. A driftmozgás okozta effektusok semlegesítése érdekében a fúziós reaktorok mágneses tere csavart (helikális) geometriájú.

 

EFDA

Európai Fúziós Fejlesztési Együttműködés (European Fusion Development Agreement). Az Euratom és az association-ök által 1999-ben létrehozott európai szervezet. Az EFDA feladata a közös európai fúziós berendezés, a JET működtetése, a tagszervezetek és az európai ipar által végzett technológiai fejlesztések irányítása, nem utolsósorban pedig az Európán kívüli nemzetközi együttműködésekkel (pl: az ITER) kapcsolatos feladatok ellátása.

 

Égő plazma

Olyan fúziós plazma, melyben a fúziós reakcióban felszabaduló hélium atommagok által a plazmának leadott energia pótolja a plazma hőveszteségét. Az égő plazma önfenntartó, vagyis a fúziós feltételek fenntartásához nem szükséges külső energiabefektetés. A jövő fúziós reaktorai a tervek szerint égő plazmával üzemelnek majd. A fúziós energiatermeléshez nem feltétlenül szükséges égő plazmát létrehozni.

 

Elektromágneses indukció

A mágneses tér (fluxusának) időbeli változása elektromos mezűt kelt (indukál), melynek nagysága arányos a változás gyorsaságával.

 

Elektromos tér

Az anyag elektromos töltéssel rendelkező tulajdonsága következtében jelen lévő fizikai jelenség. Elektromos teret az elektromos töltéssel rendelkező részecskék, továbbá az időben változó mágneses tér hoz létre. Az elektromos tér egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy erőhatást gyakorol a benne elhelyezkedő elektromos töltésekre. Az elektromos tér az elektromos térerősséggel jellemezhető, mely megadja az egységnyi elektromos töltésre ható erű nagyságát és irányát.

 

Elektromos töltés

Az anyagot alkotó elemi részecskékre jellemző mennyiség. Kétféle elektromos töltés létezik, negatív, illetve pozitív. Azonos nemű elektromos töltések taszítják, különneműek vonzzák egymást.

 

Elektron

Elemi részecske. Tömege körülbelül 1800-szor kisebb a proton tömegénél, negatív elektromos töltéssel rendelkezik. Az atomban az elektronok a mag körül “keringenek”, a plazmában szabadon mozognak.

 

Elektron-ciklotron áramhajtás

Plazmaáram keltése és fenntartása mikrohullám tartományba (néhány száz GHz) eső elektromágneses hullámok segítségével, melyek frekvenciája megegyezik az elektronok ciklotron frekvenciájával. Tulajdonképpen az elektron ciklotron rezonancia fűtés módosítása úgy, hogy az elektronok nem csak véletlenszerű irányú mozgásra (tehát hőmozgásra), hanem irányított sebességre is szert tesznek. Az elektron-ciklotron áramhajtással jól szabályozható helyen lehet áramot kelteni a plazmában, ezért elvileg alkalmas a tokamak berendezések árameloszlásának, és ezen keresztül a mágneses tér szerkezetének szabályozására.

 

Elektron-ciklotron rezonancia fűtés

A plazma fűtésére használt módszer. A plazmába mikrohullámú tartományba eső (néhány száz GHz) elektromágneses hullámokat bocsátanak, amelyek csak ott adják le energiájukat az elektronoknak, ahol a hullámok frekvenciája megegyezik az elektronok ciklotron frekvenciájával. Jól szabályozható a fűtés helye a plazmában és segítségével elérhető a fúzióhoz szükséges néhány százmillió °C-os hőmérséklet, azonban mivel elsősorban az elektronokat fűti, ezért tokamakoknál inkább szabályzásra mint fűtésre használják.

 

ENEA

Az olasz fúziós tagszervezet nevének (Ente per le Nuove tecnologie, L’Energia e l’Ambiente) rövidítése.

 

Energia-összetartási idő

A fúziós plazma energiaveszteségére jellemző mennyiség. A plazma hőenergia-tartalmának, és az egységnyi idő alatt a hőveszteségek miatt távozó energiának a hányadosa. Minél nagyobb, annál jobb a plazma szigetelése. A fúziós energiatermelés megvalósulásának egyik feltétele, hogy az energiaösszetartási időnek el kell érnie egy megfelelő értéket.

 

Euratom

A nyugat európai államok által 1958-ban létrehozott szervezet (European Atomic Energy Community) az európai nukleáris tevékenységekkel kapcsolatos egyes feladatok összefogására. Az európai fúziós kutatások ma az Euratom keretein belül folynak.

 

FOM

A holland fúziós tagszervezet nevének (Fundamenteel Onderzoek der Materie, Instituut voor Plasmafysica “Rijnhuizen”) rövidítése.

 

FTU

Olaszországban működű kisebb tokamak, fű kutatási területe a rádiófrekvenciás fűtőberendezések vizsgálata.

 

Fűtés

A fúziós plazma hőmérsékletének emelésére szolgáló módszerek elnevezése. Számos fajtája van, a tokamakok esetén ohmikus, és egyéb (ion ciklotron rezonancia fűtés, elektron ciklotron rezonancia fűtés, semleges atomnyaláb fűtés) fűtési formákat különböztetünk meg.

 

Fúzió

Magfizikai folyamat, melynek során könnyű atommagok egyesülése következik be, amit nagy mennyiségű energia felszabadulása kísér.

 

Fúziós erőmű

Olyan berendezés, mely fúziós reakció segítségével elektromos áramot állít elő.

 

Fúziós hármas szorzat

A fúziós plazma sűrűségének, hőmérsékletének és energia-összetartási idejének szorzata. E három fizikai mennyiség bizonyos értékeinél jöhet létre fúziós energiatermelés. Lásd még Lawson kritérium.

 

Fúziós plazma

Deutériumot és tríciumot tartalmazó plazma, melyben megfelelő körülmények között fúziós reakció játszódik le.

 

Fúziós reaktor

Fúziós plazmát tartalmazó berendezés, mely a plazmát olyan állapotba képes hozni, hogy abban ellenőrzött fúziós reakció jön létre.

 

FZJ

Az egyik német fúziós tagszervezet nevének (Forschungszentrum Jülich) rövidítése.

 

FZK

Az egyik német fúziós tagszervezet nevének (Forschungszentrum Karlsruhe) rövidítése.

 

Gyújtás

Azt a jelenséget nevezik így, amikor a fúziós reakcióban keletkezű hélium atomok által a plazmának leadott energia eléri a plazma fűtésére fordított energiát. A plazma ekkor önfenntartóvá válik, magától “ég”. Nem összekeverendő a Breakeven fogalmával.

 

H-mode

A tokamakok fúziós plazmájának olyan spontán állapotátmenete, amikor az anomális transzport a plazma szélén egy vékony rétegben hirtelen lecsökken. Az ilyen állapotú plazma paraméterei közelebb esnek az energiatermeléshez szükséges paraméterekhez, mint a korábban ismert állapotok (ezért nevezték el utóbb H-mode-nak (H=High), a hagyományos állapotot pedig L-mode-nak (L=Low). A H-mode-ot a 80-as években fedezték fel, és új reményeket adott a már-már zsákutcába jutott fúziós kutatásoknak.

 

Hélium

Kémiai elem, atommagjában 2 proton és két neutron található. A deutérium és a trícium fúziós reakciója során hélium keletkezik.

 

Hélium szennyezés, hélium hamu

A fúziós reakció során keletkezű hélium elnevezése. A hélium, miután energiáját átadta a plazmának, feleslegessé válik, végtermék csupán, melyet a plazmából ki kell vonni. Erre szolgál a divertor.

 

Hidrogén

A legegyszerűbb kémiai elem, egy protonból, és a körülötte található elektronból áll. Két izotópja van, a deutérium és a trícium.

 

IAEA

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (International Atomic Energy Agency) angol rövidítése.

 

IEA

A Nemzetközi Energia Ügynökség (International Energy Agency) rövidítése.

 

Induktív áramhajtás

A tokamakokban a csavart mágneses tér kialakításához poloidális mágneses tekercsek segítségével az elektromágneses indukció elvének felhasználásával áramot keltenek a plazmában. Ehhez a poloidális tekercsekben növekvő áramot hoznak létre, ami növekvő mágneses teret kelt a plazmagyűrű közepén. Ennek következtében a plazmában elektromos tér indukálódik, mely áramot okoz. Az áram folyamatos fenntartása ezzel a módszerrel nem lehetséges, ezért nem induktív áramhajtási technikák alkalmazása is szükséges.

 

Inerciális fúzió

A szabályozott magfúzió megvalósításának egyik lehetséges módja. Lényege, hogy néhány grammnyi fúziós anyagot tartalmazó kapszulát nagy energiájú lézer-, vagy ionnyalábokkal, esetleg termikus röntgensugárzással több irányból szimmetrikusan összenyomnak. A hatalmas nyomás miatt összesűrűsödő anyagban elvileg létrejönnek a fúzió feltételei. A folyamatos energiatermeléshez másodpercenként mintegy 10 kapszula belövésére lenne szükség. Az európai fúziós program nem foglalkozik inerciális fúzióval. Franciaországnak és az Egyesült Államoknak van nagyobb inerciális fúziós programja.

 

Ion

Olyan atom, melynek elektronfölöslege, vagy hiánya van, ennek megfelelően elektromos töltéssel rendelkezik. A plazmát pozitív ionok és a róluk leszakadt elektronok alkotják.

 

Ion ciklotron áramhajtás

Plazmaáram keltése és fenntartása rádióhullám tartományba (néhányszor tíz MHz) eső elektromágneses hullámok segítségével, melyek frekvenciája megegyezik az ionok ciklotron frekvenciájával.

 

Ion ciklotron rezonancia fűtés

A plazma fűtésére használt módszer. A plazmába mikrohullámú tartományba eső (néhányszor tíz MHz) elektromágneses hullámokat bocsátanak, amelyek csak ott adják le energiájukat az ionoknak, ahol a hullámok frekvenciája megegyezik az ionok ciklotron frekvenciájával. Segítségével elérhető a fúzióhoz szükséges néhány százmillió °C-os hőmérséklet.

 

ITER

Világ összefogás keretében hamarosan felépülő kísérleti fúziós reaktor, mely várhatóan 2015 körül kezd üzemelni. Az ITER feladata, hogy választ adjon mindazokra a megmaradt kérdésekre, melyek a fúziós energiatermelés megvalósításához szükségesek. A tervek szerint 500 MW fúziós teljesítményt szolgáltat majd, ami 10-szer annyi lesz, mint a működéséhez szükséges befektetett teljesítmény. Az ITER az utolsó tisztán kísérleti reaktor, utána már energiatermelő reaktor építését tervezik. Lásd ITER, illetve DEMO.

 

Izotópok

Egyazon kémiai elem különböző változatai, melyeknél az atommagban található neutronok száma eltérő.

 

JET

A közös európai fúziós berendezés, jelenleg a Világ legnagyobb fúziós reaktora. Számos jelentűs kutatási eredmény született segítségével, például 1997-ben 16 MW fúziós teljesítményt produkált, elérve a befektetett teljesítmény 65 %-át. Angliában üzemel. Lásd JET.

 

Jósági tényező

A fúziós reaktorok energiatermelő képességére jellemző mennyiség, a fúziós reakciókban keletkezett, és a reaktorba befektetett energia hányadosa. Jele Q. Q=1 esetén Breakeven történik. A JET berendezésnél Q=0,65-öt értek el, a TFTR reaktor – bár nem üzemel fúziós plazmával – a számítások szerint elérné a Q=1-et. A hamarosan felépülő ITER reaktornál a tervek szerint Q=10 is elérhető.

 

JT-60U

A legnagyobb japán fúziós reaktor, tokamak típusú berendezés. Lásd JT-60U.

 

KeV

1000 elektronvolt (eV).

 

Kiegészítő fűtések

Ahhoz, hogy a plazma hőmérsékletét a fúzióhoz szükséges néhány százmillió °C-os hőmérsékletre lehessen emelni, a plazmaáram fűtésén kívül egyéb fűtési technikákat is alkalmazni kell, melyeket kiegészítő fűtéseknek nevezünk. Lásd Ion ciklotron rezonancia fűtés, elektron ciklotron rezonancia főtés, semleges atomnyaláb fűtés.