Hogyan építsünk csillagot a Földön?

Brian Cox, a Manchesteri Egyetem fizikaprofesszora érdekes cikket írt a BBC-n arról, hogyan érdemes nekiállni egy fúziós erőmű megépítésének. A szakember szerint a nukleáris fúzió az egyik legtermészetesebb energiaforrás: a Nap, a csillagok, az egész univerzum a két hidrogén héliummá egyesülésekor felszabaduló energiára épül. Mivel a hidrogén a világegyetemben legnagyobb mennyiségben jelenlévő anyag, kézenfekvő erre építeni saját energiaellátásunkat is. "Ehhez azonban létre kell hozni egy csillagot a Földön" - mondta Cox.

A legnagyobb probléma persze az, hogy a csillagok nagyok és forrók: a Nap például több milliószor akkora, mint bolygónk, és másodpercenként hatszázmillió tonna hidrogént éget el. Magjának hőmérséklete 15 millió Celsius-fok, ami már elég ahhoz, hogy létrejöjjön a fúzió. Hasonló körülményeket kellene tehát reprodukálni a földön.

A technológiai nehézségek ellenére a britek már három évtizede működtetnek fúziós reaktort. A Jet, a Joint European Torus a hidrogén két izotópját, a deutériumot és a tríciumot használja fel a százmillió Celsius-fokon létrejövő fúzió során.

A Jet azonban túl kicsi ahhoz, hogy számottevő energiát hozzon létre, viszont remek alapul szolgált egy sokkal nagyobb reaktor, a dél-franciaországi Iter készítéséhez. Ennek építése körülbelül 12 milliárd dollárt emészt fel, várhatóan a következő évtized közepén kezdi meg meg húsz évig tartó működését, és alkalmas lesz arra, hogy 500 megawattnyi fúziós teljesítményt adjon le 1000 másodpercen keresztül - a Jet 16 megawattot állított elő kevesebb mint egy másodpercig.

A természet dolga

A reaktorokban azonban olyan magas a hőmérséklet, hogy problémát okoz a hidrogénatomokból létrejövő szubatomikus levesnek, a plazmának a kezelése. Mivel nincs olyan anyag, ami kibírná a százmillió fokra hevített deutériumot és tríciumot, egy mágneses térben lebegtetik az atomokat, így sosem érnek hozzá a reaktorkamra falához. "Ha elég sokáig tartjuk biztonságos körülmények közt megfelelő hőmérsékleten a hidrogént, a természet már megteszi a magáét: a végeredmény a hélium, és a tiszta, kifogyhatatlannak tűnő energia" - állítja Cox.

Az Egyesült Államok is kísérletezik a fúzióval, igaz, egészen más módszerekkel. Két projektjük ismert: egy a kaliforniai National Ignition Facility-ben, a másik Új-Mexikóban található, utóbbit Z-Machine-nek hívják. Ha az Iter egy hagyományos erőmű modern megfelelője, aminek végső soron napokig, hetekig kell üzemanyagot égetnie, akkor az amerikai társak sokkal inkább egy robbanómotorra emlékeztetnek.

A NIF-ben a deutériumot és a tríciumot egy 500 billió wattos lézersugárral bombázzak. Ez szinte felfoghatatlanul nagy szám: körülbelül ezerszerese az Egyesült Államok energiafogyasztásának, így már a lézersugár létrehozása is mérnöki bravúr.

A csak egyetlen pillanatig tartó lézerhullám hatására az erőmű "tüzelőanyaga" összeomlik, majd felrobban, lényegében egy minicsillagként üzemel a másodperc törtrészéig.

A Z-Machine más megközelítést használ, körülbelül ötszázbillió wattnyi energiát vezet át az üzemanyagtárolót körbeölelő, pókhálóra emlékeztető hajszálvékony vezetékhálózaton, de a hatás ugyanaz, mint a NIF-ben: egy pillanatra apró csillag születik.

Idő kérdése

A kutatók mindkét készülék esetében abban bíznak, hogy a technológiák tökéletesítésével gazdaságilag is hasznos, nyereséges erőműveket tudnak majd létrehozni egyszer, aminek Cox szerint technológiai akadálya nincs.

A kérdés csak az, hogy mikor lesz akár az erőművekből, akár az alternatív robbanómotorokból kézzelfogható eredmény. A fúzió ellenzői azzal szoktak érvelni, hogy egy nyereséges erőmű megépítéséhez mindig éppen harminc évre van szükség, ez a szám évtizedek óta változatlan, éppen ezért - állítják - nem kéne olyan sokat költeni a kutatásokra.

Ugyanakkor Cox felhívja a figyelmet arra, hogy a mérnökök az utolsó kísérleti reaktorokat készítik, az Iter után megépülő DEMO például várhatóan már képes lesz folyamatosan termelni az energiát. A szakemberek többé-kevésbé biztosak abban, hogy 2030-ra már elkészül az erőmű. A DEMO 2 gigawattos erőmű lesz, és várhatóan megszakítás nélkül termeli majd az energiát, nagyjából 25-ször annyit, mint amennyi a fúziós folyamat beindításához kell.

Cox szerint a jövő egyértelműen a fúziós energiáé, mert egyszerűen nincs más olyan forrás, amivel környezetbarát módon tudnánk kielégíteni növekvő igényeinket. Éppen ezért a kérdés nem a hogyan, hanem a mikor, írja a professzor.