Zoletnik Sándor

Magfúzió - energiaforrás a jövőnek

I. Energiaforrások az ezredfordulón

1. ábra

A huszadik század gyors ipari fejlődése hatalmasra növelte a modern társadalmak energiaigényét, amit eddig leginkább fosszilis energiahordozók (szén, szénhidrogének) elégetésével fedeztünk. Általánosan elfogadott vélemény, hogy évszázados távlatban ez nem folytatható a források kimerülése, illetve a nagy mennyiségű széndioxid-kibocsátás miatt. Egyértelmű bizonyíték van arra, hogy a Föld széndioxid-koncentrációja az emberi tevékenység hatására növekszik (1. ábra).

Ez a növekedés csapdába ejti a Napból érkező sugárzást és így növeli a Föld átlaghőmérsékletét. Erre a globális felmelegedésre vannak tudományos (2. ábra) és kevésbé tudományos (3.ábra) bizonyítékok.

2. ábra

3. ábra

Bartholy Judit, Láng István, Meskó Attila

A helyzet megoldására sokan jóindulatúan felvetik, hogy takarékoskodni kell az energiával. Ez valamilyen szinten valóban megtehető, de látni kell, hogy az emberiség nagyobbik része (pl. Kína, India, Afrika) az európai és amerikai életszínvonal töredékén él. Nekik nem lehet azt mondani, hogy "ti takarékoskodjatok, mert különben nekünk mindannyiunknak rossz lesz". Pedig reális becslés szerint már akkor megduplázódik az emberiség energiafogyasztása, ha Kína és India egy lakosra jutó energiafelhasználása csak megközelíti az európait.

A másik jóindulatú javaslat, hogy térjünk át olyan megújuló energiaforrásokra, mint a napenergia, a szélenergia vagy a bioenergia. Ezek valóban mind a Napból származnak, tehát megújulnak. Az pozitív érzelmi hozzáállás mellett azonban érdemes nagyságrendi becslést készíteni arról, hogy mit jelentene mindez Magyarországon. Könnyen kiszámíthatjuk, hogy például háztetőkre szerelt napelemekkel történő energiatermeléshez legalább néhány száz km2 felületre lenne szükség, ami fejenként legalább néhány tíz m² tetőfelületet jelent. Könnyen belátható, hogy ekkora tetőfelület nem áll rendelkezésre Magyarországon. A szélenergia esetében kb. 1 szélkerék kell 300 főre, de vajon hová tesszük ezeket? És mit csinálunk, ha nem fúj a szél, vagy ha nem süt a Nap? Hogyan lehet az energiát tárolni, hogy jusson télire is? Kiszámolhatjuk, hogy ha például vizet akarnánk erre a célra egy hegyi tározóban tárolni, akkor a Balatont naponta fel kellene pumpálni és leengedni. Ma minden komoly (tehát tudományos számításokkal alátámasztott) tanulmány azt mutatja, hogy a megújuló források - bár fontosak lesznek - a jövőben is, csak néhány 10 % energiaigényt fognak kielégíteni. (Hazánk villamosenergia-ellátásáról és a különböző energiahordozókról bővebben hallhattunk Tombor Antal előadásában a Mindentudás Egyetemén.)

4. ábra

Természetesen a keletkező AB anyagot nem alakíthatjuk vissza A-vá és B-vé, mert akkor vissza kell adnunk az energiát. Kétféle kötéstípus jöhet szóba. A kémiai kötések: például az égés (pl. A: szén, B: oxigén, AB: széndioxid) és mindenfajta más kémiai reakció. Itt az atomok elektronhéjának kötési energiája határozza meg a kinyerhető energia nagyságrendjét, ami kb. 1 elektronvolt/atom. Ebből következik, hogy fejenként 100-1000 kg/év AB anyagot kell termelnünk és ezt utána valahová biztonságosan el is kell helyezni.

A másik kötéstípust az atommagkötések jelentik: itt a tipikus energia atomonként legalább 1 millió eV, ebből kifolyólag valahol 1g/fő AB anyag keletkezik naponta. Ha tehát nem akarunk fejenként egy-egy dombnyi meddőt termelni, akkor muszáj kihasználni a nukleáris energiatermelést. Az atomerőművekben keletkezett fűtőanyag-mennyiség elhelyezése kényelmesen megoldható lenne, ha nem erősen radioaktív anyagról lenne szó. A mai atomerőművekben valójában nem két anyagot egyesítünk egy erősebben kötött állapotba, hanem szétszedünk egy nagyobb atommagot több részre. Ismert ugyanis, hogy a közepes nagyságú atommagok a legerősebben kötöttek. A nukleáris reaktorokban a nehéz atommagok (uránizotópok) széthasítása során sok különböző radioaktív melléktermék keletkezik. Ennek a nem nagy mennyiségű, de mégis veszélyes anyagnak a végleges és biztonságos kezelése a jövő feladata. Meg kell azt is jegyezni, hogy hasítható nagy atommag viszonylag kevés van a Földön. (Aki többet szeretne megtudni az atomerőművekről, annak figyelmébe ajánlom Bencze Gyula előadását.)

Van azonban az atommagok átalakításának egy másik lehetősége is. Mivel a közepes atommagok a legerősebben kötöttek, ezért kisebb atommagok egyesítéséből is lehetséges energiát nyerni. Ezt a folyamatot hívjuk magfúziónak. Ilyen folyamatok zajlanak a Napban és más csillagokban is, ahol hidrogénmagokból hélium épül fel (5. ábra). A fúziós energiatermelés földi megvalósításának lehetőségét elsőként Teller Ede (6. ábra) fogalmazta meg.

5. ábra

6. ábra