Megdőlt egy 24 éves magfúziós rekord. A brit Oxford közelében található Joint European Torus (JET) tudósai jelentették be február 9-én, hogy az atomok összeolvasztásával az eddigi legnagyobb tartós energiát állították elő, megduplázva az 1997-ben végzett kísérletek eredményeit.
A Nature magazinon megszólalt Ian Chapman, a Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) vezetője, ahol a JET székhelye is található. Szavai szerint:
„Ezek a mérföldkőnek számító eredmények egy hatalmas lépéssel közelebb vittek minket az egyik legnagyobb tudományos és mérnöki kihívás leküzdéséhez”.
A JET az Egyesült Királyság Atomenergia-hatóságának tulajdonában van, de tudományos tevékenységét az EUROfusion nevű európai együttműködés keretében végzi.
Ha a kutatók képesek lesznek hasznosítani a magfúziót – a Napot is működtető folyamatot –, akkor ez biztosíthatná a tiszta energia szinte korlátlan forrását.
Eddig azonban egyetlen kísérlet sem termelt több energiát, mint amennyit belevittek.
A JET eredményei sem változtatnak ezen, de azt sugallják, hogy az ugyanezt a technológiát és üzemanyag-összetételt használó, következő fúziós reaktorprojekt – az ambiciózus, 22 milliárd dolláros ITER, amely a tervek szerint 2025-ben kezdi meg a fúziós kísérleteket – végül képes lesz elérni ezt a célt.
Két évtized munkája
Az ITER kapcsán azért bizakodnak, mert a JET valóban elérte azt, amit előre megjósoltak. A JET-en folytatott kísérletek, csaknem két évtizedes munka után érték el a csúcspontot. A JET és az ITER mágneses mezőket használ a plazma, a hidrogénizotópok túlhevített gázának a tokamak típusú reaktorban való korlátozására. Hő és nyomás hatására a hidrogénizotópok héliummá olvadnak össze, és energiát szabadítanak fel neutronok formájában.
Az energiarekord megdöntésére a JET trícium-üzemanyag-keveréket használt, ugyanazt , amely majd a Dél-Franciaországban épülő ITER-nél is használni fognak. A trícium a hidrogén ritka és radioaktív izotópja, amely a deutériummal fuzionálva sokkal több neutront termel, mint a deutérium reakciója önmagában. Ez növeli az energia kibocsátást, de hogy ezt az üzemanyagot használhassák, a JET-et több mint két évtizedig kellett felújítani, hogy a szerkezetet felkészítsék a rohamra. A tríciumot utoljára egy tokamak fúziós kísérlet során használták fel, amikor 1997-ben felállítottál az előző fúziós energiarekordot.
A 2021. december 21-i kísérletben a JET tokamakja 59 megajoule energiát termelt az öt másodperces fúziós „impulzus” alatt,
ami több mint kétszerese az 1997-ben körülbelül négy másodperc alatt felszabaduló 21,7 megajoule-nak. Bár az 1997-es kísérlet még mindig őrzi a „csúcsteljesítmény” rekordját, amit a másodperc töredéke alatt értek el, de az akkori átlagos teljesítménye kevesebb, mint a fele volt a mainak – mondja Fernanda Rimini, a CCFE plazmatudósa, aki a legújabb kísérletet irányította. A javuláshoz 20 év optimalizálásra volt szükség, valamint hardverfrissítésekre, amelyek magukban foglalták a tokamak belső falának cseréjét is, hogy kevesebb üzemanyagot pazaroljon.
Teljesítményarány
Rimini szerint az energia több másodperc alatt történő előállítása elengedhetetlen a plazmán belül zajló fűtés, hűtés és mozgás megértéséhez, ami az ITER működtetéséhez is elengedhetetlen lesz.
Tavaly az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának „Nemzeti Gyújtóberendezése” (National Ignition Facility) egy másik fúziós rekordot állított fel. Lézertechnológiát alkalmazva a beadott teljesítményhez viszonyítva a legnagyobb fúziós teljesítményt állították elő, amely arányt Q-nak nevezték el.
Tehát az 1 energetikailag a nullszaldós értéket jelentené, és a létesítmény 0,7-es Q-t produkálta.
Ez mérföldkő a lézerfúziónál, amivel megdöntötték a JET 1997-es rekordját. Az esemény azonban rövid ideig tartott, kevesebb, mint 4 milliárdod másodperc alatt, mindössze 1,9 megajoule-t termeltek.
Rimini szerint a JET legújabb kísérletében a 0,33-as Q-értéket tudták fenntartani öt másodpercig.
Az ITER tízszer akkora lesz, mint a JET, azaz olyan, mintha egy fürdőkádat hasonlítanánk egy úszómedencéhez. Mivel a kis mérete miatt könnyebben veszíti el a hőt, soha nem számítottak arra, hogy elérheti a nullszaldót. Úgy vélik, ha a mérnökök ugyanezeket a feltételeket és fizikai megközelítést alkalmaznák az ITER esetében, akkor
valószínűleg el lehetne érni a kitűzött célt, a 10-es Q-t, azaz a befektetett energia tízszeresét termelné.
A fúziós kutatók messze nem tudják a feleletet az összes kérdésre. Az egyik fennmaradó kihívás például az ITER-reaktorból kitörő gázban keletkező hő kezelése, amelynek volumene a JET-hez képest nőni fog, de nem arányosan azzal a teljesítménynövekedéssel, amellyel a reaktornak majd meg kell birkóznia. Jelenleg is folynak kutatások annak kiderítésére, hogy melyik konstrukció bírná a legjobban a hőt, de még nincs végső válasz.
Siker tíz éven belül?
A nukleáris fúziót sokáig úgy csúfolták, mint egy olyan lehetőség, amelynek megvalósulására a kilátás mindenkor 30 évre esik. Most úgy tűnik, hogy a fúzió végre a kereskedelmi életképességhez is közelít.
Nem csak állami kísérletek folynak. Jelenleg több mint 30 magán fúziós cég működik világszerte. Az a 18 cég, amely közzé tette a finanszírozását, azt állítja, hogy összesen több mint 2,4 milliárd USD-t vonzottak be, szinte teljes egészében magánbefektetésekből.
Ahogy a privát űrutazás megvalósul, sok iparági megfigyelő is azt jósolja, hogy ugyanaz az üzleti modell egy évtizeden belül elvezethet a kereskedelmi fúzióhoz, amelyre égetően szükség van az energiagazdaság szén-dioxid-mentesítéséhez.
A szkeptikusok szerint, bár a kilátások tagadhatatlanul izgalmasak, a kereskedelmi fúzió egy évtizeden belüli elérése túlságosan optimista. Vissza is emlékeznek:
„Mindannyian állandóan azt mondták, hogy körülbelül tíz évre vannak egy működő fúziós reaktortól, és most is csak így nyilatkoznak.”
Forrás: mandiner.hu
