2016. június: portré, atomenergia, tudomány, egyetem, it, anyagtudomány, innováció, vízgazdálkodás, zöldkörnyezet, megújuló energia

Hazai hozzájárulás a fúziós reaktorkutatáshoz

A területen kutató fizikusok már évtizedek óta vallják, hogy az emberiség energiagondjait a „Napot utánzó”, úgynevezett fúziós reaktorok fogják megoldani, de a bizonyosságra még harminc-negyven évet várni kell. Örvendetes, hogy a magyar kutatóknak rendkívül jó hírük van ezen az abszolút „high-tech” területen, sok uniós pályázatot nyertek már, közös konzorciumi projekteket visznek Európa legnevesebb intézeteivel. Egy ilyen speciális kutatási témát ismertetett Nádasi Gábor, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Plazmafizikai Osztályának fejlesztőmérnöke.


Bár jelenlegi tudásunk szerint a fú­ziós energiatermelésnek elvi akadálya nincsen, az elmúlt évtizedekben csak némileg sikerült közelebb kerülni egy olyan fúziós reaktor megvalósításához, amely ipari szinten állítana elő villamos energiát. 100-150 millió fokos plazmát már sikerült előállítani, sőt azt erős mágneses tér segítségével megfelelő ideig „tárolni” is a vákuumkamrában. Az eddig mért legnagyobb fúziós teljesítmény mintegy 16 megawatt volt, azonban a folyamat még korántsem önfenntartó, sőt jóval több energiát kell betáplálni, mint amennyit a berendezésből ki tudunk nyerni.

Magfizikai háttér: bármilyen típusú (tokamak, sztellarátor) fúziós erőmű alapanyaga a deutérium és a lítiumból előállított trícium. A deutérium a hidrogén izotópja, vízből viszonylag egyszerűen kivonható, a ritka alkáli­fém lítiumot pedig neutron­besugárzással alakítják át tríciummá. A reak­tor működése a deutérium-trícium fúzióján alapszik, amelynek során óriási energiák szabadulnak fel. Az egyik sarkalatos pont éppen a trícium elő­állítása: technológiailag nehézkes, és ráadásul igen gazdaságtalan lenne a trícium „külső” betáplálása a reaktorba. Vagyis ahhoz, hogy egy ilyen reaktor önfenntartó legyen, a saját üzemanyagát elő kell tudni állítania.

És itt érkeztünk el ahhoz a problémához, amelyen szerte a világon – így Magyarországon is – igen sok kutató dolgozik: milyen anyagokat építsünk be a reaktor falába, hogy a fúziós plazma által kibocsátott nagy energiájú neutronok megfelelő mennyiségű tríciumot keltsenek?

A legutóbbi vizsgált geometria-elhelyezkedés a reaktorkoncepcióban

A Wigner Kutatóközpont régóta szoros munkakapcsolatban áll a híres német Karlsruhe Institute of Technologyval, ahol óriási erőkkel és nagy apparátussal folytatják ezeket a hosszú évtizedekre kalibrált kísérleteket. Mint a klasszikus kutatás-fejlesztési projekteknél általában, itt is négy-öt koncepciót futtatnak párhuzamosan, és majd csak az idő és a kutatói kreativitás dönti el, hogy melyik lesz a befutó – még az is lehet, hogy majd egy hatodik.

A Plazmafizikai Osztály, illetve Nádasi Gábor az egyik ilyen perspektivikus (lítium-berillium) változat kidolgozásába kapcsolódhatott be néhány éve, ami már önmagában is jelzi a hazai fúziós kutatók nemzetközi elismertségét.

Berilliumkavicsok (szürke rész), lítium kerámia kavicsok (sárgás rész)

A magyar fejlesztő a majdani trícium­­­sok­szorozó kazetták szilárdsági méretezésével foglalkozik – vagyis nemcsak elméleti fizikusokra, de jól képzett gépészmérnökökre is szükség van a projektben. A karlsruhei intézettől időről időre megkapják az aktuális tervkoncepciót, a hő- és áramlástechnikai vonatkozásokat egy másik magyar partner méri, az ő eredményeiket is felhasználva lehet a kazetták szilárdságát elemezni. A problémakör meglehetősen széles körű: a speciális acélból készült kazetta bizonyos részei túlhevülnek, hőtágulásból adódó terhelések jelentkeznek, miközben a 80 bar nyomású hélium hűtőközeg is igen nagy mechanikai igénybevételt jelent. Azt is ellenőrizni kell, hogy a hűtőközeg hatékonyan hűt-e, a kerámia­ágyak nem melegszenek-e túl, az azonnali és a ciklikus tönkremeneteli módokat – így például a kifáradást – is vizsgálni kell.

A végeselemes szoftver generálta kép az egyenértékű feszültségeket mutatja a vizsgált geometriában, egy bizonyos terhelési esetben. A színek reprezentálják a szerkezetben jelentkező egyenértékű feszültségek mértékét, a skála kéktől (0 szint) pirosig (legmagasabb) terjed

A kutatás-fejlesztés általában sem a gyors eredményre törekvő, nyugtalan szakemberek terepe, a fúziós reaktorok esetében pedig még hosszabbak az időtávok. Amin Nádasi Gábor jelenleg dolgozik, arról jó esetben is csak nyolc-tíz év múlva kap gyakorlati visszajelzést. Dél-Franciaországban ugyanis néhány éven belül átadják a már 2011 óta épülő, hatalmas teljesítményű ITER-t (International Thermonuclear Experimental Reactor), amely 500 megawatt fúziós teljesítmény fenntartására lesz képes több percen keresztül. Ez a berendezés még mindig nem lesz alkalmas ipari méretű villamosenergia-termelésre, arra viszont mindenképpen, hogy a most készülő és az ITER-be beépítendő tríciumszaporító tesztkazettákról releváns információkat nyerjenek. Akkor már az is eldőlhet, hogy a rivalizáló koncepciók közül melyik lesz a legjobb, amit majd beépítenek a 2040-2050 körül felépülő „igazi” fúziós erőműbe, a DEMÓ-ba (Demonstration Power Station), amelytől körülbelül 2 gigawatt teljesítményt várnak.•

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018

Innotéka