Előfizetés a lapra

Magyar kutatások a jövő energiaforrásáért

A hét kutatója, élettelen természettudomány, energia, fizika, fúzió, fúziós, interjú, ITER, magyar, tokamak

2015/01/15

Sokan a magfúziót tartják a jövő első számú energiaforrásának. A tervek szerint 2020 körül, Franciaországban készül el az első kísérleti fúziós reaktor, az ITER, amivel lehet tesztelni a fúziós energiatermelés teljes technológiáját. Több magyar szakember vesz részt a világméretű programban, és nem csak elméleti kutatásokat végeznek, hanem kísérletekben is részt vesznek. Köztük van Dunai Dániel, az MTA Wigner Fizikai Központ munkatársa, akivel a részletekről beszélgettünk.

– Önt mi vonzotta erre a területre?

– Gyerekkoromban a csillagászat érdekelt a legjobban, aztán a tatai Eötvös Gimnázium természettudományos csoportjába kerültem, ahol egy kiváló fizikatanár, Magyar Csabáné egyengette az utam. Asztrofizika szakirányon végeztem a fizikus szakot az ELTE-n, ahonnan Dávid Gyula előadásaira emlékszem a legszívesebben. Már a Wignerben írtam a diplomamunkámat és később a doktorimat is, egy európai szinten is meghatározó kutató, Zoletnik Sándor témavezetésével. Ő ezekben az években fektette le egy magyar kísérleti plazmafizikai iskola alapjait, aminek ma mind tagjai vagyunk. 

– Mint egy EU-tagország intézete kerültek az ITER-be?

– Igen, de már korábban is létezett magyarországi fúziós plazmafizikai kutatás, ami a rendszerváltás körüli turbulens időkben finanszírozási nehézségek miatt megszakadt. Mégis az itt összegyűlt tapasztalat tette lehetővé, hogy egy kisebb csoport be tudott kapcsolódni az európai kutatásokba. Zoletnik Sándor szervező munkájának köszönhetően csatlakoztunk az Euratom szövetséghez, ami összefogja az európai fúziós kutatásokat és ennek természetes tagjai lettünk az EU-ba lépés után. Kutatóink ma már teljes jogú tagjai a berendezéseket működtető közösségeknek. Nagy megtiszteltetés, hogy idén a legújabb eredményeinket a legnagyobb európai fúziós plazmafizikai konferencián mutathattam be.

– Milyen kutatásokat végeznek?

– Itthon a Wignerben különböző plazmadiagnosztikai eszközöket, optikai megfigyelőrendszereket és gyors, intelligens kamerarendszereket tervezünk, amiket üzemeltetünk is a külföldi helyszíneken. Egy új mérési ötlet megszületésétől kezdve a tervezésen és technikai specifikáción keresztül a megvalósításig részesei, majd üzemeltetői vagyunk nagy kísérleti berendezések alrendszereinek. Szerencsére erős mérnöki csoportunk van, ami lehetővé teszi, hogy a felmerülő műszaki problémákat megoldjuk. Ezen az osztályon mindenki valamilyen nemzetközi együttműködés tagja. Én például az idén dolgoztam Kínában és Japánban, illetve fő együttműködésem Angliában, egy Oxford melletti kutatóintézetben van. Itt működik a jelenlegi legnagyobb fúziós kísérlet, a JET, illetve egy hasonlóan izgalmas, gömb alakú plazmakísérlet, egy úgynevezet szférikus tokamak, a MAST. A MAST-on építettünk egy akkoriban még unikális megfigyelőrendszert, amit sikeresen üzemeltettem az elmúlt években. Jelenleg éppen ezt építjük át a következő kísérletsorozatra, ami majd 2015 végén indulhat.

– Sokan a magfúziót tartják a jövő első számú energiaforrásának. Már a 60-es években cikkeztek róla, de azóta sem jött össze. Miért?

– Mi is gyakran halljuk azt a megjegyzést, hogy a fúzió „mindig” 30 év múlva fog működni. Ahhoz, hogy a magfúzió létrejöjjön, le kell győzni azt a taszítást, ami két pozitív töltésű hidrogénatommag között van. A földi kísérletekben deutériumot (azaz nehézhidrogént) és tríciumot használunk, mert ez a fúziós folyamat indul be a legalacsonyabb hőmérsékleten. De a gázkeverékünket még így is fel kell melegíteni 100-150 millió fokra. Ezt a forró anyagot egyrészt össze kell tartani, másrészt el kell érni, hogy ne érintkezzen semmivel. Erre a mágneses tér alkalmas, melyben a plazma töltött részecskéi csak az erővonalak mentén tudnak mozogni. Ha meghajlítjuk a mágneses erővonalakat, a forró anyagot be tudjuk zárni egy zárt felületű tóruszba. Sajnos önmagában ez sem elegendő, mert ennek az új anyagnak mindenféle instabilitásai vannak. A tokamak megvalósításhoz először meg kell értenünk a plazma viselkedését zárt mágneses rendszerben.

 Az ITER (magyarul Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) belsejében 5 Tesla erősségű a mágneses tér, ami nagyságrendileg akkora, mint az MRI-kben van, csak ott kicsiben, itt meg ezer köbméternyi térfogatban. A fúzió során egy deutériumból és egy tríciumból létrejön egy hélium-atommag és egy neutron. Ez a neutron fel fogja aktiválni berendezést és roncsolni fogja a plazmához közeli részeit. Tehát olyan szerkezeti anyagokat kell találni, amik bírják a neutronsugárzást és a fellépő hőterhelést, illetve minél hamarabb újrafelhasználhatóak. Ez anyagtechnológiai, anyagfizikai probléma is, amihez 50-60 évvel ezelőtt még nem volt elég tudás és tapasztalat.

 Az ITER világösszefogásban készül az Európai Unió, USA, Japán, Kína, Dél-Korea, Oroszország és India részvételével. Építését 2020 környékén fogják befejezni Dél-Franciaországban. Ezt a berendezést még nem elektromos áram termelésre építik. Fő célja az, hogy minden olyan technológiát tesztelni lehessen, amit a később az „igazi” erőműben használnak, de a várakozás szerint így is tízszer annyi fúziós energiát termel, mint amennyit a működéséhez felhasznál. Az Európai Unió nemrégiben újjászervezte a közös fúziós kutatási programját és kimondott cél lett, hogy 2050-re hálózaton elérhető villamosenergiát kell termelni EU-n belüli fúziós reaktorral.

– Tehát „csak” technikai, technológia akadályok vannak?

– Sajnos nem ilyen egyszerű a helyzet. A plazmában mindenféle, ma még nem minden részletében ismert instabilitás is keletkezhet. A Napról készült felvételeken flereknek nevezett kitöréseket láthatunk, amik hő- és anyagkidobódással is járnak, de ezek csillagunk óriási méretéhez és tömegéhez képest elenyészőek. Hasonló folyamatok játszódnak kicsiben egy tokamak szélplazmában is, amiket ELM-nek hívunk. A fő probléma az, hogy az okozott anyag és hőveszteség csökkenti a fúziós energiatermelés hatékonyságát és extrém esetben károsíthatja a berendezést is. Az egyik kutatási témánk ennek az anyagvesztésnek a kísérleti feltárása, megértése és a jövőben az esetleges minimalizálása.

 A „mi” flerjeink annyiban mások, hogy mivel a tokamak plazmafizikai időskálák rendkívül rövidek, az ELM-ek a másodperc ezredrésze alatt elenyésznek. Olyan nagy érzékenységű kamerákat építettünk, amiknek az időfelbontása egy milliomod másodperc. Csak így láthatunk bele a gyors folyamatok, ELM-ek, plazma instabilitások és más „zavaró” folyamatok fejlődésébe. Ennél a felbontásnál olyan új, eddig ismeretlen részleteket és jelenségeket láttunk, amiket mások, másutt még nem. Ezek a megfigyelések adják, hogy az alapot, hogy a jelenségek mögötti fizikát is megérthessük.

– A fúziós energia lesz a jövő energiaforrása?

– Az alapvető előnyök, mint például, hogy ez az erőműtípus nem termel üvegházgázokat és hosszútávon kezelendő sugárzó hulladékot, illetve hogy gyakorlatilag végtelen üzemanyagforrás áll a rendelkezésünkre, alkalmassá tennék erre. Gyakran elmondjuk, hogy a fúziót nem a megújuló energiaforrások ellenében fejlesztjük. Azt gondolom, hogy a jövőben is egy energiamix lesz az, amit az emberiség használni fog. De ahhoz, hogy ipari civilizációban létezzünk, és tekintetbe véve, hogy a jövőben 7-10 milliárd, egyre többet fogyasztó ember igényeit kell majd kiszolgálni, szükséges lesz egy stabil alaperőmű-rendszerre. Erre a fúziós erőmű tökéletesen megfelelne.

 TRUPKA ZOLTÁN

2014/49