Több mint 60 éve a tudósok egy tiszta, kimeríthetetlen energiaforrásról álmodtak magfúzió formájában. És még mindig álmodnak.
De rőfeszítéseiknek köszönhetően a Max Planck Intézet plazmafizikai szekértői azt remélik, hogy ez hamarosan megváltozik.
Tavaly, 1,1 millió építési óra után az intézet befejezte a maga nemében a világ legnagyobb nukleáris fúziós gépét, az úgynevezett sztellarátort.
A gép, melynek átmérője 16 méter, a W7-X nevet kapta.
Több mint egy éves tesztelést követően a mérnökök készen állnak rá, hogy első alkalommal izzítsák be az 1,1 milliárd dolláros gépet. Ez még ebben a hónapban megtörténhet, számolt be a Science magazin. (1)
Az atomreaktorok fekete lova
A plazmafizikai közösségben „fekete lóként” ismert sztallarátor reaktorokat, melyek nukleáris fúziót használnak, közismerten nehéz megépíteni.
Az alábbi videó a W7-X különböző rétegeit mutatja, melyek befejezése 19 évet vett igénybe.
2003-tól 2007-ig, ahogy a projekt épült, néhány nagy kudarcot szenvedett – köztük, hogy az egyik szerződött gyártó elhagyta az üzletágat -, amely közel járt ahhoz, hogy az egész erőfeszítést töröljék.
Csak egy maroknyi sztellarátorral kísérleteztek, és még kevesebbet fejeztek be.
Összehasonlításképpen, a sztellarátor népszerűbb unokatestvérét, az úgynevezett tokamakot szélesebb körben alkalmazzák. Több mint három tucat tokamak működik szerte a világon, és több mint 200 épült a történelem során. Ezeket a gépeket könnyebb megépíteni, és a múltban jobban teljesítettek a sztellarátoroknál, mint nukleáris reaktorok.
De a tokamaknak van egy nagy hibája, melyre a W7-X állítólag immunis, ami arra utal, hogy Németország legutóbbi gépmonstruma megváltoztathatja a játékot.
Hogyan működik egy nukleáris fúziós reaktor
 |
| Egy átlagos tokamak sematikus ábrája. Megfigyelhető, hogy sokkal kevesebb rétegből áll, mint a sztellarátor, és a mágneses tekercsek alakja is más. |
Egy átlagos tokamak sematikus ábrája. Megfigyelhető, hogy sokkal kevesebb rétegből áll, mint a sztellarátor, és a mágneses tekercsek alakja is más.
Bármilyen sikeres nukleáris fúziós reaktor kulcsa, hogy létre tudjon hozni, korlátozni és irányítani egy plazmának nevezett gázt, melyet több mint 100 millió Celsius fokra hevít fel.
Ezen a hatalmas hőmérsékleten az elektronok lehasadnak az atomjaikról, miközben ionokká alakulnak.
Normális esetben az ionok lepattannak egymásról, mint az autók lökhárítói, de ilyen extrém körülmények között a taszító erők legyőzhetők.
Az ionok képesek összeütközni és összeolvadni, ami energiát termel, és így érhető el a magfúzió. A nukleáris fúzió különbözik attól, ami ma hajtja meg az atomrekatorokat, melyek az atomok bomlásából, vagy széteséséből nyert energiával működnek ahelyett, hogy egyesítenék azokat.
A magfúzió az a folyamat, amely a Napunkat táplálja körülbelül 4,5 milliárd éve, és becslések szerint további 4 milliárd évig fog folytatódni.
Miután a mérnökök a gázt a megfelelő hőmérsékletre melegítik a reaktorban, szuper hűtött mágneseket használnak, hogy erős mágneses mezőket hozzanak létre, amelyek tartalmazzák és irányítják a plazmát.
A W7-X például 50 darab hat tonnás mágneses tekercset tartalmaz, amely az alábbi ábrán látható.
A tokamakok és sztellarátorok közötti különbség
Van egy kis probléma: a tokamakok a plazmát csak rövid impulzusokban képesek irányítani, ami nem tart hét percnél tovább. És a plazma létrehozásához szükséges energia jóval nagyobb, mint amennyi energiát a mérnökök képesek kinyerni ezekből az időszakos kitörésekből.
Így a tokamakok több energiát fogyasztanak, mint amennyit termelnek, ami nem éppen az, amit egy nukleáris fúziós reaktortól elvárnánk, amit a legfontosabb energiaforrásként tartanak számon az elkövetkező évezredben.
A sztellarátor kialakítása miatt a szakértők azt feltételezik, hogy képesek fenntartani a plazma állapotot legalább 30 percig, ami lényegesen hosszabb, mint bármely típusú tokamak esetében. A francia „Tore Supra” tokamak tartja a rekordot 6 perc 30 másodperccel.
Ha a W7-X sikerrel jár, akkor ez a feje tetejére állíthatja a nukleáris fúziós közösséget, előtérbe helyezve a sztellarátorokat.
„A világ arra vár, hogy láthassa létrejönni a plazma állapotot, és hogy megtartsuk a hosszú impulzust,” – mondta David Gates, a Princeton Plazma Laboratóriumának sztellarátor fizikai vezetője.
Az alábbi videó a W7-X építéséről készült timelapse felvétel.
forrás: Újvilágtudat
