Földre hozzuk a Napot
Az atommagok egyesülésekor óriási energia szabadul föl. Ez élteti Napunk "kohóját" is, amelyben hatalmas nyomáson megy végbe a fúzió. Már a második világháború után felmerült a fúziósenergia-előállítás gondolata - és meg is valósult. A hidrogénbombában. Megalkotásának emblematikus személyiségei a hidegháborúval megosztott világ két pólusában az amerikai-magyar Teller Ede és a később híres ellenzékivé lett orosz (szovjet) Andrej Szaharov volt. A békés célú, megszelídített fúziósenergia-termelés azonban mind mai napig inkább csak szép elképzelés, mint közeli valóság.
Az eredetileg öt, mára már inkább tízmilliárd (!) euróra becsült költségű program (egyes borúlátók már most azt jósolják, hogy legalább 30 százalékkal túllépik az előirányzatot), az ITER, a nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor mintegy 40 hektáros területet igénybe véve a dél-franciaországi Cadarache-ban működik majd, hat ország, plusz az Európai Unió finanszírozásában. Maga a reaktor 24 méter magas és 30 méter széles lesz, s 450 megawatt teljesítményt igényel a hűtési rendszer, de még további, legalább 120 MW szükséges a telep ellátásához. A program 30 évig tart, ebből mintegy tíz év az építés és a felkészülés ideje. Körülbelül 2018-ra várják, hogy megvalósulhat egy olyan plazmafolyamat, amelyben több percig fennmarad mintegy 500 megawattnyi teljesítmény. Éppen azért kellenek az óriási méretek, hogy a falak hűtőhatása minél kevésbé állítsa le a fúziós folyamatot.
Az ITER természetesen nem előzmények nélküli. Legfontosabb elődje a szovjet tokamak (az orosz tóruszkamra mágneses tekercselésben elnevezés rövidítéséből). Az I. J. Tamm és A. D. Szaharov által javasolt tokamakkal 1956-ban kezdődtek az első kísérletek a moszkvai Kurcsatov Intézetben. A negyedik variánsnak, a T4 tokamaknak a tesztelését a szibériai tudományos városban, Akagyemgorodokban végezték és már akkor elérték a százmillió Celsius-fokot a plazmában. Eleinte a brit és amerikai tudósok kételkedtek benne, de rövidesen meggyőződhettek róla, hogy az adat igaz. Jelenleg a világban majdnem kéttucat fúziós kísérleti létesítmény működik, tíz korábbit már leállítottak és hármat, köztük az ITER-t tervezik, illetve építik.
A Napban uralkodó óriási nyomást földi körülmények között nem lehet megvalósítani, helyette rendkívül nagy, a csillag hőmérsékleténél is magasabb, mintegy százmillió Celsius-fok hőmérsékletet hoznak létre. E körülmények között egyesülnek a deutérium-, és egyes reaktoroknál még tríciumatomok héliummá, miközben a felszabaduló energiát hasznosítják. Két alapvető feladat adódik eközben. Az egyik, hogy a plazmát egyben kell tartani, mert ha például a kamra falával érintkezik, lehűl, és máris lelohad. A másik gond a begyújtás, vagyis, hogy a hidrogénatomokat egyáltalán rábírják az egyesülésre.
A németországi Garchingben, a Max Planck Társaság Plazmafizikai Intézetében már 1980 óta folytatnak a fúziós energetikával kapcsolatos kísérleteket. Az eredeti ASDEX (Axially Symmetric Divertor Experiment) tokamak berendezés 1990-ig működött, és 1991-ben lépett be az ASDEX Upgrade, vagyis az előd továbbfejlesztett változata. Ez a berendezés az ITER-hez képest törpécske a maga ötméteres átmérőjével és 800 tonnás tömegével. A plazma fűtéséhez szükséges teljesítmény is csekélyke, "mindössze" 27 MW. A német kutatók egyebek között a "kamra" belső falának anyagával kísérleteztek. Választottjuk a nagyon magas olvadáspontú volfrám lett. Csakhogy rövidesen kiderült, nem tökéletes a választás, mert a volfrám magas hőmérsékleten könnyen ionizálódik, ezzel "szennyezi" a plazmát és hígítja a deutérium-trícium keveréket. Számításba jöttek tehát más anyagjelöltek is, például szénszálas kompozitok vagy a berillium.
A garchingi kutatók nemrég kísérletezések közben érdekes jelenségre bukkantak. Ha nitrogént kevernek a plazmába, ez a szennyezés nemhogy lehűtené, ellenkezőleg, forróbbá válik, miközben az energiakicsatolás is megnő. A gond az, hogy egyelőre még nemigen találtak kellőképpen elfogadható magyarázatot a jelenségre - meglehet, hogy a nitrogén növeli a tartály falának szigetelő hatását. Egyébként a nitrogénrejtély is mutatja, rengeteg még a megoldásra váró kérdés, a plazma begyújtásától és hosszabb idejű fenntartásától kezdve az óriási mágnesek kialakításáig.
Jó tudni viszont, hogy nem szerepel a nagy problémák között a megszaladás veszélye, mert zavarok esetén a plazma öszszeomlik, és a folyamat leáll. A radioaktív hulladékok gondja, ami a maghasításos
(fissziós) atomerőművek esetében az egyik legnagyobb megoldandó feladat, gyakorlatilag elmarad, illetve nagyon kicsi, mert az ionizációval radioaktívvá vált anyagok, szerkezetek lebomlási ideje igen rövid, például a kiégett nukleáris fűtőelemekéhez viszonyítva. Maga a fúziós reaktor üzemanyaga, a hidrogén, illetve nehéz izotópjai, a deutérium és a trícium könnyen hozzáférhetők, és nagyon kis mennyiségből lehet nagy energiakimenetet megvalósítani. Igaz, azt is el kell érni, hogy a betáplált energiaszükségletnek és a leadott hasznos energiának az arányát jelentősen megnöveljék. Ha mindezt, meg a még itt nem említett tudományos és technikai bonyodalmak hosszú sorát nem is számítjuk, akkor reálisnak látszik, hogy az első, tömegesen termelő, ipari szinten szolgáltató fúziós reaktorok megjelenését és elterjedését bizony nem korábbra, mint a század közepére valószínűsítik.
Nemzetközi üzemanyagbank a megoldás?
Láthatjuk, a fúziósenergia-termelés egyelőre nem oldja meg a világ energiagondjait. Márpedig számítások szerint az évszázad közepéig minden valószínűség szerint megduplázódik az emberiség energiaigénye. Ellátásbiztonsági és környezetvédelmi szempontból előreláthatólag a nukleáris energia lesz a következő évtizedek egyik legfontosabb villamosenergia-ellátója. 2030-ra a világban csaknem megduplázódik az atomerőművek kapacitása - nyilatkozta egy brit lapban Cserveny Vilmos, a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA) külkapcsolati főnöke. A nukleáris energiahasznosítást tervezők között azonban nem is kis számban találhatók olyan feltörekvő, fejlődő országok is, amelyeknek messzemenően nem megnyugtató a politikai rendszerük, stabilitásuk. Ez a helyzet nyilván felveti a biztonság kérdését, hiszen a nukleáris üzemanyagokból újrafeldolgozással vagy dúsítással viszonylag könnyen állítható elő bombához hasadó anyag.
Az új erőművek építése természetesen együtt jár azzal is, hogy jelentősen megnőtt a dúsított üzemanyag iránti igény. Harminc ország sorolható a "nukleáris klubba", de közülük csak 14-ben működik dúsító, köztük a legjelentősebb Oroszország. Talán elég is lenne ennyi, ám az újonnan jöttek féltik a függetlenségüket - ezért, és politikai okokból is egyre többen tervezik saját dúsító építését.
Szakértők és kormányzati személyiségek egyaránt úgy vélik, hogy elsősorban a terrorizmus miatt aggasztó hozzáférések elkerülésére nemzetközileg ellenőrzött fűtőanyagbankokat, egyezményeket kellene létrehozni. El-Baradei, az IAEA vezetője már 2003-ban felvetette, hogy sokoldalú nukleáris egyezményt kellene kialakítani. A javaslat közben csendben elhalt, ám mostanság úgy tűnik, újra kezd életre kelni. Ennek szükségességét nem kisebb személyiség, mint Javier Solana sürgette az elmúlt év decemberében. A SIPRI, a stockholmi székhelyű Nemzetközi Békekutató Intézet több ajánlást is kidolgozott, így például: az IAEA üzemanyagbankja mellett további, kezdettől fogva nemzetközileg ellenőrzött, szuper biztonságos dúsítókat kellene üzembe helyezni. Kérdés viszont, vajon miért áldoznák fel függetlenségüket a fejlődő és/vagy politikailag nem túl stabil országok? Nos, a válasz viszonylag egyszerű: azért mert egyáltalán nem olcsó a nukleáris üzemanyag dúsítása és újrafeldolgozása. Másrészt, az elismert nemzetközi szervezetek, mint például az IAEA felügyelete biztosítékot jelenthetne a megfelelő ellenőrzésre és a folyamatos szállítás garantálására. (Sz. Zs.)
