Az újfajta magfúziós technológiát tanulmányozó tudósok legfrissebb jelentései biztatóak, de még mindig kissé távol vagyunk a „tiszta energia szent grálájától”.
A Heinrich Hora és munkatársai által az Új-Dél-Wales-i Egyetemen kifejlesztett technológia erőteljes lézerekkel olvasztja össze a hidrogén- és bóratomokat, nagy energiájú részecskék felszabadításával, amelyek felhasználhatók villamos energia előállításához.
A fúziós technológia más típusaihoz hasonlóan azonban a kihívás egy olyan gép létrehozásában rejlik, amely megbízhatóan képes elindítani a reakciót és felhasználni az általa termelt energiát.
Mi az a fúziós energia?
A fúzió a napot és a csillagokat működtető folyamat. Ez akkor történik, amikor két atom magjai olyan közel vannak egymáshoz, hogy egybe egyesülve energiát szabadítanak fel a folyamat során.
Ha a reakció laboratóriumban megismételhető, akkor gyakorlatilag korlátlan alapterhelési teljesítményt eredményez, gyakorlatilag nulla szén-dioxid-kibocsátással.
A laboratóriumban megindítható legegyszerűbb reakció a hidrogén két különböző izotópjának: a deutérium és a trícium fúziója. A reakciótermék egy héliumion és egy gyorsan mozgó neutron. Az eddigi szintézisvizsgálatok többsége ezt a reakciót követte.
A deutérium-trícium fúzió a legjobban 100 000 000 ℃ körül alakul. A plazma bezárása az anyag lángszerű állapotának a neve ezen a hőmérsékleten.
A fúziós erők felhasználásának vezető megközelítését toroid mágneses bezárásnak nevezzük. Szupravezető tekercsekkel a Föld mágneses mezőjénél körülbelül milliószor erősebb mezőt hoznak létre a plazma befogadására.
A tudósok már elérték a deutérium-trícium fúziót az USA-ban (fúziós tesztreaktor Tokamakban) és az Egyesült Királyságban (Egyesült Európai Torus) végzett kísérletek során. Valójában ebben az évben egy brit kísérlet folytat deutérium-trícium fúziós kampányt.
Ezek a kísérletek fúziós reakciót indítanak el hatalmas külső hevítés alkalmazásával, és a reakció fenntartásához több energiára van szükség, mint amennyit maga a reakció produkál.
A nagy fúziós kutatások következő fázisa magában foglalja az ITER (latinul „path”) nevű kísérletet, amelyet Dél-Franciaországban építenek. Az ITER-ben a reakció által termelt korlátozott héliumionok ugyanannyi energiát termelnek, mint külső források. Mivel egy gyors neutron négyszer több energiát hordoz, mint egy héliumion, a teljesítmény ötszörösére nő.
Mi a különbség a hidrogén és a bór használata között?
A Hora és munkatársai által beszámolt technológia magában foglalja a lézer használatát egy nagyon erős korlátozó mágneses mező létrehozására, és egy második lézert a hidrogén üzemanyag-pellet felmelegítésére, hogy elérje a lobbanáspontot.
Amikor egy hidrogénmag (egy proton) összeolvad egy bór-11 maggal, három héliumenergia-mag keletkezik. A deutérium-trícium reakcióhoz képest az az előny, hogy nincsenek olyan neutronok, amelyeket nehéz befogadni.
A Hora megoldása az, hogy egy lézerrel egy kis tüzelőanyag-pelletet felmelegítenek annak gyulladási hőmérsékletére, egy másik lézerrel pedig a fémtekercsek melegítésére mágneses mezőt hoznak létre, amely tartalmazza a plazmát.
A technológia nagyon rövid lézerimpulzusokat használ, csak nanomásodpercesek. A szükséges mágneses mező rendkívül erős lenne, körülbelül 1000-szer erősebb, mint a deutériummal és a tríciummal végzett kísérletek során használt mező.
Hora és munkatársai azzal érvelnek, hogy folyamatuk „lavinahatást” vált ki az üzemanyag-pelletben, ami azt jelenti, hogy sokkal több fúzió valósul meg, mint amire számítani lehetne.
Bár kísérleti bizonyítékok támasztják alá a fúziós reakció sebességének enyhe növekedését a lézersugár és a cél adaptálásával, a deutérium-trícium reakciókkal való összehasonlításhoz a lavina hatásának 100 000 000 ° C-nál több mint 100 000-szeresére kellene növelnie a fúziós reakció sebességét.
A hidrogénnel és a bórral végzett kísérletek minden bizonnyal izgalmas fizikai eredményeket hoztak, de Hora és munkatársai előrejelzései korainak tűnnek a termonukleáris energia megvalósításának ötéves útjáról. Más tudósok már megpróbálták elindítani a lézerfúziót. Például hidrogén-deutérium fúzióval történő gyulladást próbáltak elérni 192 lézersugár segítségével, amelyek egy kis célpontra összpontosultak.
Ezek a kísérletek elérték az egy kísérlethez szükséges feltételek egyharmadát. A problémák közé tartozik a pontos célpozíció, a lézersugár szabálytalanságai és a robbanások okozta instabilitás.
A termonukleáris energia fejlesztését nagy valószínűséggel a fő nemzetközi program hajtja végre, amely az ITER kísérletre épül. Ausztrália nemzetközi együttműködést folytat az ITER projekttel az elmélet és a modellezés, az anyagtudomány és a technológia területén.
Matthew Hole, az Ausztrál Nemzeti Egyetem Matematikatudományi Intézetének tudományos munkatársa.
Ezt a cikket a The Conversation jelentette meg.
Források: Fotó: CCFE / JET
