Megszelidíteni a magfúziót?
24/01/2021 19:00
| Szerző: Klubrádió/L.Cs.
A hidegfúzió problémája hosszú ideje foglalkoztatja a tudósokat. Két akadályt eddig nem sikerült legyőzni, a magegyesülési folyamat nagy hozzáadott energiát igényel, és a folyamat nagy hőtermeléssel jár. Ezek egyelőre elméleti megoldásairól beszélt Kroó Norbert fizikus az Utópiában.
A Franciaország déli részén létesített Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) néhány éven belül megkezdheti a próbaüzemet. A technológia azonban közel sem mondható tökéletesnek, és még mindig rejt magában nem kívánt kockázatokat. Épp ezért Neuman Gábor arról kérdezte Kroó Norbert fizikust, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagját, hogy milyen más módokon lehet fúziós, különösen hidegfúziós erőművet készíteni. A tudós az egész folyamatot az Ősrobbanáshoz hasonlította, amikor az energia átalakult tömeggé.
Az anyag a tömeget nyert energia/maghasadás
Albert Einstein relativitáselméletét 1905-ben határozta meg, a mára mindenütt ismert képlettel. Ez Kroó szerint azt szemlélteti, hogy az energia átalakulhat tömeggé és a tömeg energiává. Az atomreaktorok (és az atombomba is) úgy működnek, hogy nagy tömegű atommagokat hasítanak szét. Az így keletkezett két atommag együttes tömege azonban kisebb, mint az eredeti atommagé. A tömegkülönbség (m) alakul át energiává. Ezt nyerjük ki. A tömegkülönbség maga igen kicsi, de ezt a tömeget a fénysebesség (c) négyzetével kell megszorozni, hogy az általa felszabaduló energia (E) mértékét meghatározzuk.
Fúzió
A maghasadás fordítottja a két atommag egyesülése. Amikor két hidrogén atommagja egyesül, az újonnan keletkező atom magja kisebb, mint a két hidrogén össztömege. Ismét a folyamat során fellépő tömegveszteség adja az energiát. Ilyen energia szabadul fel a Napban is. Hidrogén atomok fúzió során Héliummá alakulnak át.
Az igazán sikeres technológiák azok, ahol sikerül valamit a természettől ellopni. Így a magfúzió folyamatát a is hosszú ideje vizsgálják a tudósok, de eddig csak egy módon sikerült hasznosítani, ez pedig a hidrogénbomba. Utóbbi folyamatot igyekeznek jelenleg a tudósok biztonságos, stabil környezetben felhasználni energia kinyerés céljából.
Amerikában folynak kísérletek, amelyek lézerrel próbálják meg előidézni a magrobbanást. Nekik ehhez 192 nagy teljesítményű lézerre van szükségük, és már több mint 10 éve csinálják. Eddig 3 és fél milliárd dollárt költöttek rá, és mára világossá vált, hogy ebből nem lesz fúzió – mondta 2019-ben a Népszavának Kroó.
A livermore-i National Ignition Facility (NIF) egy futballpálya méretével bír, 192 lézernyalábja összesen 1,8 megajoule lézerenergiát használ fel.
Energiakinyerés problémája
Az ITER is részecskeütköztetéses módszerrel működik majd. Akárcsak a „mesterséges Nap” néven ismertté vált Szecsuán tartományban lévő Tokamak HL-2M kutatóreaktor, Kína legmodernebb fúziós berendezése. Amikor a berendezés eléri majd teljes teljesítményét, 150 millió Celsius-fok feletti hőmérsékletet képes létrehozni, amely tízszer forróbb, mint a Nap belseje – írja a hvg.hu.
Ilyen hőmérséklettel járó ütköztetéshez nagyon nagy befektetett energia kell, és emellett lassú folyamatnak minősül. Kroó felvetette a nanotechnológiát, mint a probléma lehetséges megoldását. Az atomokban megfelelő eloszlásban nanorészecskéket helyeznek el. Míg a párolgási folyamat során az anyagból párolgó plazma tükröző hatása miatt akadályt jelent a fény szempontjából, a nanorészecskéket használva antennaként kikerülhető lehet a hőfejlesztés problémája. Nincs ideje az anyagnak felforrósodni, párologni, mert a ezek az apró gömbök sokkal gyorsabban érik el a kívánt nyomást. Ehhez megfelelő számú és intenzitású lézeres impulzus kell.
A fúziós technológia másik nagy problémája, hogy nagy energiával a vártnál kisebb energiát, az atom egyesülést követő energia felszabadulás mindössze töredékét tudjuk hasznosítani.
Erre pedig az egyszerűsítés jelenthet megoldást. Míg a NIF-ben a lézeres gyorsítás során 194 nyalábot használnak fel, az új elmélet szerint elég lenne csak kettő ellentétes irányú nyaláb és az arany nanorészecskéket sem gömbmintában, hanem síklapon megfelelő pozíciókban kell elhelyezni. A kísérletek kimutatták, hogy így a minta 90 százaléka egyszerre gyullad be. Ez a folyamatot meggyorsítja, a hozzáadott energiát pedig drasztikusan csökkentheti.
Egyszerűbben összefoglalva, az ütköztetni kívánt atomokban olyan síklapokat helyeznek el, amelyeken arany nanorészecskék meghatározott mintába rendezve, az ütköztetés során közel azonos időben gyújtják be a magot.
Kroó szerint amennyiben sikerül a fúziós folyamat problémáit megoldani, azzal energiaellátás ma ismert korlátait is átléphetjük.
A teljes interjút meghallgathatja a fenti lejátszóra kattintva.
2021. január 19. kedd 19:00
Riporter: Neuman Gábor
