Jelen cikk a EUROfusion által kiadott, az alábbi linken keresztül megtekinthető cikk átdolgozott, magyar változata.
A sztellarátorok sok szempontból előnyösebb koncepciók a tokamakokhoz képest, ha egy fúziós erőmű üzemeltetésének szempontjából vizsgáljuk. Egyrészt folyamatos működésre képesek, másrészt nagy plazmaösszeomlások nem fordulnak elő bennük. Nincs szükségük plazmaáramra a működésükhöz. Sztellarátorokat tervezni és építeni azonban nagyobb kihívás, mint ugyanolyan méretű tokamak berendezéseket, így a sztellarátorok mára körülbelül egy generációval le vannak maradva a tokamakokhoz képest.
A Greifswaldban, Németországban található Wendelstein 7-X kísérleti a ma működő legmodernebb sztellarátor. Az elődjeitől szerzett ismeretekre alapozva már kísérleti úton is bebizonyította , hogy a sztellarátor egy rendkívül ígéretes koncepció az energiatermelő fúziós reaktorok megvalósítására.
Azonban mielőtt sztellarátor-alapú erőműveket tudnánk építeni, amelyek már a hálózatra termelik az áramot, még van néhány dolog, mely megoldásra vár. Ráadásul a helyzet nem is ennyire egyszerű. Még részletesen meg kell vizsgálni, hogy pontosan milyen problémák állnak a sztellarátor erőmű megépítésének útjában és melyik problémát mennyire pontosan térképeztük fel. Amelyik probléma ugyanis még nincsen megfelelően feltérképezve, arra pontos megoldási javaslatot sem tudunk nyújtani.
A fenti kérdések megoldására összeültek a fúziós szakértők szerte Európából, Marcin Jakubowski vezetésével, aki a EUROfusion Sztellarátor Munkacsomag projektvezetője. Céljuk annak megállapítása volt, hogy melyek azok a legfontosabb fizikai kérdések, melyek még megoldásra várnak. Ezekhez a kérdésekhez kapcsolódóan pedig olyan, a gyakorlatban is megvalósítható kutatási prioritásokat állítottak fel, melyek nagymértékben előre tudják mozdítani a sztellarátorok fejlesztését. A műhelytalálkozót Greifswaldban rendezték meg, ahol élénk vitákat követően kialakult egy jelentés, melyben szisztematikusan feltérképezték azokat a fizikai bizonytalanságokat, amelyeket meg kell oldani ahhoz, hogy a sztellarátor-alapú demonstrációs reaktor, a HELIAS First-Of-A-Kind (FOAK) tervezése és építése biztosan megkezdődhessen. A „Key Physics Uncertainties and Related Investigation Needs towards Stellarator Reactors” (A sztellarátor-reaktorokkal kapcsolatos legfontosabb fizikai bizonytalanságok és a kapcsolódó kutatási igények) című dokumentum egy közösségszintű értékelés, amely a EUROfusion teljes sztellarátor-kutatási programjának szakértelmére támaszkodik. A jelentés itt található és öt egymással összefüggő területet azonosít, amelyek a leginkább fejlesztésre szorulnak. Ezek a területek az üzemeltetési forgatókönyvek integrációja (scenario integration), a gyors részecskék és az Alfvén-hullámok, a magtranszport, az MHD-egyensúly és a forgatási leképezés (rotational transform) szabályozása, a hő- és részecskeelvezetés, valamint a plazma-fal kölcsönhatás. Minden hiányosságot értékelnek a berendezés tervezésére gyakorolt potenciális hatása és a jelenségről jelenleg meglévő ismereteink alapján. Ezt egy újonnan kifejlesztett szubjektív tudományos felkészültségi szint (Subjective Science Readiness Level – SSRL) skála segítségével teszik, melyen 1-től (kialakulóban lévő hipotézis) 9-ig (a hiányosság teljes mértékben megoldva és beépítve az alaptervbe) terjed.
Az üzemeltetési forgatókönyvek integrációjánál a legfontosabb kérdés az üzemanyag-utánpótlási sémák kidolgozása, különösen a kriogén pelletek plazmával való kölcsönhatásának (abláció) előrejelzése. Ugyanis a sztellarátorokban az üzemanyag utánpótlásának biztosítására néhány mm-es nagyságú, fagyasztott hidrogénjég pelleteket lőnek a plazmába hozzávetőlegesen egy puskagolyó sebességével. A pelletről a plazmában megtett útja során felhők szakadnak le, melyek sodródása a sztellarátor geometriájában igen fontos kérdés az üzemanyag effektív célbajuttatásának szempontjából. Ezek részletesebb megismerése az egyik fontos feladat. A gyors részecskék esetében még részletesen meg kell ismerni a nagy plazma-béta esetén (a plazma nyomása a mágneses térhez viszonyítva) a gyors ionok összetartását. Ez azt jelenti, hogy a háttérplazmánál forróbb ionok mennyire gyorsan jutnak ki a plazmából és mennyire jó hatásfokkal fűtik azt fel. Ezen kívül fontos reaktor-releváns körülmények között is megvizsgálni bizonyos plazmarezgések, az úgynevezett Alfvén-sajátmódusok által okozott veszteségeket. A magtranszport modellezésének fejlesztésére is szükség van. Arra a modellezési szintre kellene eljutni, amikor már reaktorkörülmények között is megfelelően pontosan – és gyorsan – tudjuk előre jelezni a várható hőmérséklet- és sűrűségprofilokat. Azonban nem elég a gyors előrejelzés, az úgynevezett neoklasszikus és a turbulens transzport hatását, valamint a különböző típusú részecskék összetett kölcsönhatását is figyelembe kell vennünk. A magnetohidrodinamikai (MHD-) egyensúly és -stabilitás területén a legfontosabb feladatok a nagy plazma béta melletti nemlineáris viselkedés pontosabb megértése, illetve a sziget divertor topológia robusztusságának vizsgálata reális üzemi körülmények között. A plazma-fal kölcsönhatást illetően a részecske- és hőelvezetés szempontjából a HELIAS típusú sztellarátorok számára fontos zárt sziget-divertor koncepció, valamint a volfrám eróziójának és vándorlásának előrejelző modellezése jelentik a legsürgetőbb nyitott kérdéseket.
A jelentés mindegyik azonosított hiányossághoz meghatározza a hozzájuk tartozó konkrét kutatási igényeket és azt is megjelöli, hogy ezek elméleti/szimulációs módszerekkel, a Wendelstein 7-X-en, vagy ahhoz hasonló berendezésen végzett kísérletekkel, vagy pedig a diagnosztikai berendezéseken végzett fejlesztésekkel, esetleg egy új kísérleti berendezés építésével orvosolhatóak-e. Ez a megközelítés annak a biztosítására szolgál, hogy a kutatási tevékenységek összhangban legyenek a sztellarátor-reaktor tervezési folyamatával és a kritikus bizonytalanságok időben kiderüljenek, amikor még lehet változtatni a reaktor tervezésén. A jelentés a EUROfusion átfogó törekvésének része, amelynek célja, hogy szilárd tudományos alapot teremtsen a HELIAS First-of-a-Kind projekt számára, amely az európai sztellarátoros út a fúziós erőmű felé, a jelenleg is folyó tokamakos irányvonal mellett. A legfontosabb lépések korai azonosításával és konkrét kutatási prioritások kidolgozásával a sztellarátoros közösség egy gyakorlati útitervet dolgoz ki a következő évekre, amely segít abban, hogy a jelenlegi bizonytalanságokat figyelembe vegyük, kutatásokat végezzünk az irányukban, így szilárd alapot biztosítva a sztellarátoros reaktorfejlesztések számára.
