Ilyen a magyar részvétel a világ egyik legnagyobb tudományos projektjében

Az ITER gazdasági értelemben nem térül meg, de kikövezheti az utat a plazmaenergia alkalmazásához

Tíz éve tart a magyar részvétel a nemzetközi összefogással fejlesztett fúziós erőmű projektben, a dél-franciaországi ITER-ben. Bár a magyar fúziósenergia-kutatás ennél szélesebb palettán zajlik, a szemünk előtt kibontakozó tudományos áttörés, amit a fúziós reaktor neve fémjelez, a magyar kutatók számára is fontos érvényesülési és tanulási lehetőséget kínál. Az Origo az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban járt, ahol a retro hangulatú épületben lélegzetelállító és részben saját fejlesztésű eszközökkel dolgoznak a plazmaenergiával kapcsolatos kutatásokon a szakemberek. Az ITER-vezetékeinek tervezése és bemérése, 50 ezer voltnyi különbség néhány centiméteren belül, az energia törvényeinek áthágása helyett energiasokszorozás, és másodpercenként kétmillió kép készítésére alkalmas, atomnyaláb figyelő kamerák. Ez az út vezethet a jövő olcsó és tiszta energiájához.

Plazmaenergetikai másolgatástól a konceptuális kérdésekig

A bonyolult technológiákat a magfúziós kutatásoknál is egyszerűbb és olcsóbb egymástól megvásárolni, mint azokat újra kifejleszteni – mondják egybehangzóan a vendéglátók.

Amit a magyarok csinálnak, azok unikálisak"

– mondja Szabolics Tamás, utalva a puritán kialakítású laborokban található, egyedi fejlesztésű, sokmilliós értékű méréstechnikai eszközökre. Ettől függetlenül van olyan tapasztalat, mely azt mutatja, hogy ezt nem mindenki gondolta korábban így. A kínaiak egy atomnyaláb rendszert vettek a magyaroktól.

1 év múlva visszamentünk, és egy dobozban érdekes alkatrészek voltak. Kiderült, hogy elkezdték másolni azt, amit csináltunk"

– avatja be az Origót a részletekbe Zoletnik Sándor. Ám az a sajátos helyzet – folytatja –, hogy az eszközök lemásolása önmagában nem elegendő, ha nincs meg hozzá a működtetésükhöz kapcsolódó tudás.

Úgy látszik, ezt a próbálkozást feladták. Amihez viszont megvan minden információ, azt fejlesztik is"

– teszi hozzá. Óriási oktatási és kutatási források vannak Kínában, amikhez érdemes kapcsolódni, jelzi a kutató.

Az ugyanakkor valós jelenség, hogy néhány ország vagy magánvállalkozás az ITER-ben való részvételtől függetlenül végez saját kísérleteket, más megközelítésből, mint amit a Dél-Franciaországban épülő erőműnél választottak.

Kína, Japán, India és Dél-Korea mellett az USA-ban folynak saját kutatások,

ám a magyar kutatók érezhető fenntartásokkal állnak az amerikai TriAlpha magánvállalkozás nyáron tett szenzációs bejelentéséhez arról, hogy töredékmásodpercre ugyan, de megcsípték a plazmaenergiát.

Kissé túlzók ezek a bejelentések. Ott egyébként az 1950-es évek elavultnak tekinthető koncepcióira építenek. Emellett az a helyzet, hogy nem is nagyon lehet ellenőrizni a közzétett állításokat"

– mondja Zoletnik.

A kutatók szerint érdemes minden, plazmaenergiával kapcsolatos kutatásra figyelni, de a szenzációs bejelentéseket fenntartásokkal kell kezelni Fotó: Polyák Attila - Origo

Amire a kutatók szerint ténylegesen érdemes figyelni, az a részvételükkel is zajló ITER-projekt. Nem tartják kizárólagosan üdvözítőnek, inkább egy olyan nagyszabású tudományos vállalkozásnak, mely megnyithatja az utat az eredmények jóval szélesebb, gazdasági és társadalmi hasznosítása felé.

Az ITER-beruházás nem fog megtérülni, és soha nem fog a hálózatra energiát termelni"

– oszlatja el az esetleges vélelmeket a kísérleti fúziós reaktor kapcsán Zoletnik doktor. Majd munkatársaival együtt hozzáteszi: nem is ez a célja.

Az ITER olyan lehetőséget ad a kutatók számára, melyet a mai berendezések nem nyújtanak..

Kipróbálhatnak több mindent, pontosan megfigyelhetik és mérhetik a részecskék viselkedését a plazmában, és választ találhatnak mind az ITER-nél alkalmazott tokamakos technológia kérdéseire, mind arra, érdemes-e más, azzal versengő megoldással foglalkozni.

A Wignerben fejlesztett mobil pelletbelövő Fotó: Polyák Attila - Origo

Pillantás a jövőbe

A magyar kutatók azt mondják, az ITER olyan, mint az első autó. A segítsége révén választ kaphatnak a legalapvetőbb kérdésekre mind a tudományos, mind az alkalmazás vonatkozásaiban.

Az ITER valójában arra kell, hogy feltörje az utat azok előtt a törekvések előtt, melyek elhozhatják az emberiség számára a vágyott energiakánaánt.

A vendéglátók elmondják, bár az ITER kapcsán lefolytatott kísérletek eredményei jelölhetik ki azokat a sarokpontokat, melyek mentén a fúziós energia hasznosulhat az emberiség számára, vannak annak fejlesztésével párhuzamosan végzett, de az ITER-en túlmutató fejlesztések is. Ezek már most megpróbálják legalább részben megválaszolni azokat a kérdéseket, melyek a magfúzió tényleges hasznosítására adhatnak megoldást.

Már folyamatban van egy demonstrációs erőmű tervezése, melyből 2030-ra lehet valami, ha sikerül legyőzni a mérnöki korlátokat."

Azt, hogy a magfúzióból tényleges energiatermelés indulhasson meg, legkorábban 2050-ig még várni kell. Ez jelenleg leginkább egy reális kívánságnak nevezhető – jelzi a lehetséges mérföldköveket Zoletnik Sándor.

Ezzel az eszközzel vizsgálják be az ITER-be beépíteni tervezett kábeleket, hordoznak-e például olyan anyaghibát, ami a használhatóságot befolyásolja Fotó: Polyák Attila - Origo

Pax Romana az energiában: az emberiség eddig is fúziós energiát használt

A magyar fúziós kutatások, az ITER-szerepvállalások megismerése és a laborbejárások során, elérkezik az idő, amikor nem lehet kitérni a magfúziónak és az abból fakadó fúziós energia főbb vonatkozásainak megértése elől. Ebben Réfy Dániel vállalja magára a legnagyobb részt, a mérnök-fizikus mindent megtesz azért, hogy szemléletesen és érthetően magyarázza el azt, min dolgoznak nagyjából hat évtizede a világ legjobb fizikusai és most már egyre több mérnök is.

Meglepő, de a fúziós energia nem hogy az energiaforrások nehézsúlyú bajnoka, melyet futurisztikus technikák bevetésével kell elérhetővé tenni az emberiség számára, hanem – bizonyos értelemben –

a legrégebbi energiaforrás az emberi faj, de tulajdonképpen a bolygó élővilágának történetében.

Nem másról van szó, mint a Napban egyesülő atommagokból a Földre jutó napsugárzásról. Közvetetten ennek köszönhetők a fosszilis hordozók is, melyek a napsugárzás hatására felnövekedett ősi növények maradványai, de ugyanígy a bolygót érő sugárzásnak köszönhető a szél vagy a vízerőműveket hajtó folyók folyása.

Az energia-megmaradás törvényét nem tudjuk megkerülni. Az energia adott, azt csak átalakítani lehet"

– tisztázza Réfy, hogy a magfúziós kutatások nem arról szólnak, hogy az ismert fizikai univerzum egyik legalapvetőbb összefüggését valahogy áthágják.

Az energiát nem lehet "termelni", pusztán átalakítani, illetve felszabadítani, magyarázzák a kutatók Fotó: Polyák Attila - Origo

A Nap hidrogén atommagokat fúziónál, alakít héliummá, ehhez hasonlóan működne egy földi fúziós erőmű is.

A cél valóban az, hogy a végén több energia jöjjön ki a folyamatból, mint amennyit a fúzióhoz szükséges folyamat fűtésére fordítanak. Több energiát nem tudunk nyerni, de az energiát fel lehet szabadítani"

– próbálja érthetővé tenni az egyik legkritikusabb pontot a kutató. Ebből a megfontolásból kiinudlva, az általánosan elterjedt szóhasználatnak számító az "energiatermelés" kifejezés is helytelen.

Végtelen-e a történet?

Mindezt alapul véve, a plazmából úgy lesz "végtelen energia", hogy a folyamatot önfenntartóvá teszik, ahol a folyamat „üzemanyaga" a folyamat lezajlásából fakad, és

megfogják az extrém magas hőfokon lezajló reakció végén kicsapódó energialöketet, ami az atommagok találkozásakor keletkezik.

A magyar magfúziós kutatások és az ITER-részvétel lényegében nem más, mint az ezzel kapcsolatos tudományos és mérnöki kihívások megfigyelése, azonosítása.

Lehozzák a Napot is

A magfúzió – az atomerőművekben zajló hasadással szemben –, az atommagok egyesítését (fúzióját) jelenti, méghozzá erőnek erejével. A pozitív töltés miatt, az atommagok között taszítás van. A földön a hidrogénatom két izotópja, a deutérium és a trícium esetében működne a fúzió a leghatékonyabban Hidrogén pedig lényegében végtelen mennyiségben áll rendelkezésre. Ahhoz, hogy legyőzzük az atommagok közötti ellenállást, magas hőmérsékletre kell az üzemanyagot hevíteni, amikor létrejön a csillagok állapotához hasonló plazma, ahol az atommagok és az elektronok egymástól elszakadval léteznek. Ekkor indul be az atommagok egyesítése, a termonukleáris fúzió. A folyamatban felszabaduló energia az, aminek a megragadásáról az egész vállalkozás szól. A jelenlegi tudományos konszenzus szerint, a csillagok hétköznapi életét jelentő magfúzió a Földön, mesterségesen előidézve is megvalósítható.
A folyamatot csak a Napnál is magasabb hőmérsékleten lehet megvalósítani, amely felfoghatatlan értéket, 100 millió Celsius fokot jelent. Ehhez kell a mágneses erőtér, mely egyben tartja a folyamatot, távol a kísérleti berendezések fizikai falaitól, és amely lehetőséget ad arra, hogy a kutatók áram segítségével önstabilizálóvá tegyék azt. Ennek eszköze a tokamak, melynek alkalmazása jelenleg a leginkább előrehaladottabb a fúziós reakciós kutatások között. De nem az egyetlen. A magyar fizikusok és mérnökök is dolgoznak sztellalátoros megoldásokon, amely az extrém magas hőmérsékletű plazma egyben tartásának másik, agyafúrtabb eszköze.

Igazi megelégedettségre majd az adhat okot, ha az energiasokszorozás mértéke legalább tízszeres lesz, azaz a folyamatot úgy sikerül tökéletesíteni, hogy a beletett energiánál legalább ennyiszer többet képesek kinyerni abból.

Olyan plazmát kell csinálni, amely nem teszi tönkre például a berendezés falait"

– utal az egyik leküzdendő nehézségre Réfy.

Réfy Dániel Imre magyarázza azt, mi a jelentősége a mágnességnek a fúziós kutatásokban Fotó: Polyák Attila - Origo

Ezután elképesztő számok jönnek elő a néhány méteren belül fennálló, több millió fokos hőmérsékletkülönbségekről, és a folyamat fűtésének nehézségeiről, típusairól.

Az ITER-en például három fűtéstípust fognak alkalmazni. Ezek technológiai leírása mellett beszédesebb talán az az adat, hogy ez 70 megawatt teljesítményt is jelenthet. A berendezés egyes részein ez négyzetméterenként mintegy 10 megawattnyi hőterhelést okoz. Ez hasonló ahhoz, mint amit egy légkörbe visszatérő űrsiklónak kell kibírnia, azonban itt nem néhány percről, hanem állandó üzemről van szó.

Hiperérzékeny feszültségmérő, a Volt milliárdod részének eltérését is érzékeli Fotó: Polyák Attila - Origo

A jó plazma ismérvei – magyarázza Réfy –, amivel már energiatermelési szempontból is lehet kezdeni valamit, a megfelelően sűrű, forró és jól összetartott plazma. Ez utóbbi a nehéz, mert a plazma szeret kibújni a mágneses térből. Szerencsére vannak olyan állapotok is, amikor saját magát tartja távol a faltól.

Megtérni és megtérülni

A világ számos pontján folynak magfúziós kísérletek, több megközelítés alkalmazásával. A magyar kutatók egybehangzóan állítják, nem szabad figyelmen kívül hagyni a többi próbálkozót, illetve megközelítést sem. Tény azonban, hogy

az ITER mind nagyobb figyelmet kap, ahogy a fejlesztése, illetve a kapcsolódó kísérletek és megoldások újabb és újabb fázisba érnek.

Még akkor is, ha gazdasági értelemben vett hagyományos megtérülése sohasem lesz. Segítségével viszont a hagyományos nukleáris energiánál jóval biztonságosabb energiatermelés – pontosabban: energiasokszorozás – valósítható meg, jóval környezetkímélőbb módon. Úgy, hogy mindössze az erőművek szerkezeti elemeinél kell csak számolni néhány évtizedes radioaktivitással.

Ha a fúziós kísérletek sikerrel járnak, a később megépítendő berendezések a hálózati termelés költségeit 3-9 euro cent kilowattóránkénti tartományba vihetik le

– ez olcsóbb lehet, mint a mai nukleáris erőművekben termelt energia előállítási költsége.

A vendéglátóink érezhetően fontosnak tartják hangsúlyozni azt, hogy a magfúziós kísérletek rég nem pusztán kísérleti fizikusok terepét jelentik. Legalább ugyanolyan fontos a mérnökök részvétele azokban, így az ITER építésében is.

Az ITER gazdasági értelemben nem térül meg, de kikövezheti az utat a plazmaenergia alkalmazásához Fotó: Polyák Attila - Origo

Jelenleg mintegy 35 ember vesz részt magyar oldalról a kutatásokban,

többen közülük az Origo látogatáskor is kint a helyszínen dolgoztak a kísérleti reaktor építésének valamely feladatán.

Problémát jelent az utánpótlás. Vannak olyanok, akik máshol, külföldön folytatják pályafutásukat, amihez persze az ITER kapcsán végzett korábbi munka nagyon jó referencia. Nem mindenki jön vissza"

– mondja Zoletnik Sándor.

Az ITER-projektben való magyar részvétel a technológiai fejlődés és a szürkeállomány miatt éri meg. Amit az itteni kutatók a nemzetközi kutatói és fejlesztői közösség tagjaként tesznek, az jelentékeny hozzájárulás ahhoz, hogy a világ egyszer talán valóban kizárólag olcsó és tiszta forrásból nyerhessen energiát.

A kutatók külön felhívták a figyelmet arra, laikusok is megnézhetik, miket látnak a mérnökök és fizikusok munkájuk során. Az alábbi videó a legnagyobb jelenlegi, a németországi Greifswaldban működő sztellalátorban készült diagnosztikai felvétel a plazmáról.