Egy anekdotát ismert: a magfúzió húsz év múlva várható. Mindig húsz év múlva lesz. Ez a vicc, amely most már nem vicces, azon tudósok optimizmusából származott, akik az 1950-es években (és minden azt követő évtizedben) úgy gondolták, hogy a magfúzió csak 20 év alatt van. Ezt az anekdotát komolyan veszi az MIT (Massachusetts Institute of Technology) indítása, amely egy nagyrabecsült és jól ismert intézmény: a Commonwealth Fusion Technologies. Az üzembe helyezés egy működő nukleáris fúziós reaktor elindítását ígéri 15 év alatt. Olcsó, tiszta és korlátlan energiát ígér, amely megoldja az összes fosszilis üzemanyaggal és az éghajlatváltozással kapcsolatos válságot. Szóval azt mondják: "potenciálisan kimeríthetetlen és szénmentes energiaforrás".
Az egyetlen probléma: ezt már sokszor hallottuk. Mi más ezúttal?
Egy másik híres klisé a fúzió energiájával foglalkozik. Az ötlet egyszerű: palackba tedd a napot. Csak egy üveg készítése marad. A fúziós energia energiát ad a csillagoknak, de hihetetlenül forró és sűrű körülményeket igényel a plazma működéséhez.
Óriási mennyiségű energia szabadul fel, ha két könnyű atom összeolvad: a deutérium-trícium-fúzió, amelyet az ITER kísérlet részeként hajtanak végre, 17,6 MeV-t bocsát ki reakciónként, milliószor több energiát molekulánként, mint amennyit a TNT robbanása eredményez. Ennek az energiának a felszabadításához azonban le kell küzdenie a magok közötti erőteljes elektrosztatikus visszatérést, amelyek pozitív töltésűek. A szoros kölcsönhatás rövid távolságokon keresztül olyan fúzióhoz vezet, amely felszabadítja ezt az energiát, de a magokat nagyon közel kell helyezni a femtométerekhez. A csillagokban ez önmagában történik, az anyagtól való óriási gravitációs nyomás miatt, ám a Földön ez nehezebb.
Először meg kell próbálnia olyan anyagokat találni, amelyek túlélnek, ha százmillió fokos hőmérsékleten vannak kitéve.
A plazma töltött részecskékből áll; az anyagot és az elektronokat elmossák. A helyén egy mágneses mező tarthatja, amely körbe hajtja a plazmát. A mágneses mezővel végzett manipulációk lehetővé teszik a plazma összenyomását is. Az 1950-es és 1960-as években egzotikus nevekkel rendelkező eszközök egész generációja jelent meg: a Stellarator, a Perhapsatron, a Z-Pinch, ehhez tervezték. De a plazma, amelyet megpróbáltak tartani, instabil volt. Maga a plazma elektromágneses tereket generál, a magnetohidrodinamika nagyon összetett elméletével leírható. A plazmafelület enyhe eltérései vagy hibái gyorsan kiszűrődtek. Röviden: az eszközök nem működtek a tervek szerint.
A Szovjetunió kifejlesztett egy tokamak eszközt, amely jelentősen jobb teljesítményt nyújtott. Ugyanakkor egy lézert fedeztek fel, amely új típusú szintézist tesz lehetővé - inerciális szűréssel történő szintézist.
Ebben az esetben már nem szükséges a plazmát égő mágneses mezőkben tartani, hanem egy rövid idő alatt lézerekkel történő robbanással kell összenyomni. Az inerciális szûréssel végzett kísérletek instabilitást is szenvedtek. Az 1970-es évek óta működnek, és egy nap előfordulhatnak, de a mai napig a legnagyobb - a kaliforniai Livermore-i Nemzeti Gyújtáslaboratórium - még soha nem érte el azt a mértéki pontot, ahol több energiát termelnek, mint amennyit elhasználnak.
Promóciós videó:
Nagyon sok remény merül fel az ITER-rel, a világ legnagyobb mágneses szűréssel történő fúziós tokamakkal, amely még fejlesztés alatt áll.
A projektfejlesztők azt remélik, hogy 20 percen belül meggyullad a plazma, így 500 MW energiát termelnek 50 MW névleges bemeneti teljesítmény mellett. A teljes fúziós kísérleteket 2035-re tervezik, de az Egyesült Államok, a Szovjetunió (akkor még még mindig), Japán és Európa közötti nemzetközi együttműködés problémái hosszú késésekhez és a költségvetés meghosszabbításához vezettek. A projekt 12 évvel késik, és 13 milliárd dollárba kerül. Ez nem ritka azoknál a projekteknél, amelyek hatalmas létesítményeket igényelnek.
Az ITER-terv szerint az első termonukleáris fúziós reaktornak, amely erőműként működik majd a fúzió meggyújtása és támogatása, a DEMO-nak 2040-ben vagy akár 2050-ben is üzembe kell lépnie. Más szóval, a nukleáris fúzió … húsz év múlva lesz. A tendencia az instabilitással kapcsolatos problémák megoldása egyre több létesítmény építésével. Az ITER nagyobb lesz, mint a JET, és a DEMO nagyobb, mint az ITER.
Az évek során sok csapat kihívást jelentett a kisebb együttműködésű nemzetközi együttműködésre. A kérdés nem a sebesség, hanem a gyakorlatiasság. Ha valóban több milliárd dollárra és több tíz évre van szükség a fúziós reaktor felépítéséhez, akkor érdemes-e egyáltalán megtenni? Ki fizet az építésért? Lehet, hogy amíg egy működő tokamak felépül, a napelemek és az új akkumulátorok kombinációja olcsóbb energiát fog szolgáltatni nekünk, mint a tokamak. Néhány projekt - még a hírhedt „hidegfúzió” is - hamisnak vagy nem működött.
Mások több figyelmet érdemelnek. Indulók új fúziós reaktor tervekkel - vagy bizonyos esetekben a régebbi kísérletek felülvizsgált verzióival.
A Tri Alpha elvárja, hogy a plazmafelhőket összeütközzék egy, a Nagy hadron ütközőt emlékeztető struktúrában, majd elég hosszú ideig tartsák a fúziós plazmát egy mágneses mezőben ahhoz, hogy egyenletes legyen és energiát generáljon. Néhány milliszekundumban sikerült elérniük a szükséges hőmérsékletet és a plazmaszűrést, és több mint 500 millió dollárt gyűjtöttek kockázati tőkébe.
A titkos projektjeikről ismert Lockheed Martin Skunk Works 2013-ban becsapódott, amikor bejelentette, hogy egy kompakt, 100 MW teljesítményű fúziós reaktoron dolgoznak, amely sugárhajtómű méretű. Abban az időben kijelentették, hogy a prototípus öt év alatt elkészül. Természetesen a terv részleteit nem tettek közzé. 2016-ban megerősítést nyert, hogy a projekt finanszírozást kap, de sokan már elvesztették hitet és szkepticizmust szereztek.
És ennek a szégyennek a hátterében, a MIT tudósai felrobbantottak a gyűrűbe. Bob Mumgaard, a Commonwealth Fusion Energy vezérigazgatója elmondta: „Elkötelezettek vagyunk abban, hogy időben megszerezzünk egy munkaállomást az éghajlatváltozás elleni küzdelem érdekében. Úgy gondoljuk, hogy a projekt tudománya, sebessége és méretezése tizenöt évig tart."
Az MIT új projektje megfelel a tokamak kialakításának, ahogyan azt a múltban is tette. A SPARC készülék állítólag 100 MW energiát termel 10 másodperces szülési impulzusokban. Már korábban is lehetett energiát nyerni az impulzusokból, de a holtteret pontosan vonzza a tudósok.
Különleges szósz ebben az esetben az ittrium-bárium-réz-oxidból készült új, magas hőmérsékletű szupravezető mágnesek. Tekintettel arra, hogy a HTSM erősebb mágneses tereket hozhat létre a hagyományos mágnesekkel megegyező hőmérsékleten, lehetséges a plazma tömörítése kisebb bemeneti teljesítményű, alacsonyabb mágneses készülékkel, és szintézis feltételeket lehet elérni egy olyan eszköznél, amely 65-szer kisebb, mint az ITER. Különben is ez a terv. Reméljük, hogy a következő három évben szupravezető mágneseket hoznak létre.
A tudósok optimistaak: „Stratégiánk az, hogy a konzervatív fizikát az MIT-ben és másutt végzett évtizedeknyi munkán alapuljunk” - mondta Martin Greenwald, az MIT Plazmatudományi és Fúziós Központjának igazgatója. "Ha a SPARC eléri a várt teljesítményt, ösztönöm azt sugallja, hogy egy valódi erőműhöz méretezhető."
Számos más projekt és induló vállalkozás létezik, amelyek hasonlóan ígéretet tesznek mindenféle tokamak és a nemzetközi együttműködési költségvetés megkerülésére. Nehéz megmondani, hogy egyikük megtalálja-e a szintézis titkos összetevőjét, vagy az ITER nyeri-e a tudományos közösségben betöltött súlyát és az országok támogatását. Még mindig nehéz megmondani, hogy mikor és ha a fúzió lesz a legjobb energiaforrás. A szintézis nehéz. Így mutatja a történelem.
Ilya Khel