Indul a fúziós erőmű épí­tése Francia­or­szág­ban

Májusban zöld utat kap a kísérleti fúziós szupererőmű, miután Brüsszelben a kutatásban részt vevő országok, az Európai Unió, az Egyesült Államok, Kína, Japán, Oroszország, Dél-Korea és India képviselői aláírják a beruházást elindító nemzetközi egyezményt.

Az erőmű, az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) helyszínéről már tavaly döntöttek: a dél-franciaországi Cadarache-re esett a választás, amely a francia nukleáris kutatás egyik központja. A reaktor tényleges kivitelezését 2008-ben kezdik el, de az engedélyeztetés már a nyáron elindulhat, 2016-ban pedig már az első próbaüzemet is elvégezhetik.

Amennyiben az ITER sikeres lesz, a következő fázisban már az ipari méretekben is energiát termelő erőmű, a DEMO is felépülhet, ennek várható időpontját 2025 és 2035 közé teszik a szakértők. Igaz, sokan inkább a század végére valószínűsítik a Nap energiájának megszelídítését. Az óriásberuházás 4,7 milliárd euróba kerül, ezzel a Nemzetközi Űrállomás után a második legdrágább tudományos projekt lesz. A költségek 45,4 százalékát az Európai Unió állja, a többit a másik hat állam adja össze.


Klikk a képre a nagyobb változathoz
A reaktor 500 megawatt villamos energia termelésére lesz képes a fúzió 400 másodperce alatt, ennek ellenére mégsem lesz nettó áramtermelő, hiszen a fúziós működés fenntartásához folyamatosan 120 megawatt teljesítményre van szükség, a reakció beindítása pedig néhány tíz másodperces 500 megawattos lökést igényel. Éppen ezért az ITER-t rákötik a francia villamos művek, az EdF hálózatára is.

A fúziós erőmű elvét már évtizedekkel ezelőtt kidolgozták. Lényege, hogy a hagyományos atomerőművel ellentétben nem atommagok hasításával - fissziójával -, hanem egyesítésével termel hatalmas mennyiségű energiát. Az atommagok egyesülése a természetben a csillagokban zajlik, de jelenlegi ismereteink szerint a Földön, mesterséges körülmények között is előállítható a fúzió. Az erőmű alapanyaga a hidrogén két izotópja: a deutérium (nehézvíz), amely tengervízben bőségesen áll rendelkezésre és a trícium, amely terméskövekből nyerhető ki.



A szabályozatlan fúziós energiafelszabadítást Teller Ede és csapata hidrogénbomba formájában már megvalósította, de az irányított fúzió iparszerű felhasználására optimista becslések szerint is legalább negyven-ötven évet várni kell. Ha az ITER gazdaságosan és sikeresen működne, egyetlen kilogrammnyi fűtőanyaga ugyanannyi energiát termelne, mint 10 millió kilogramm hagyományos (foszszilis) tüzelőanyag. Az ilyen erőmű sokkal tisztább lesz nemcsak a hagyományos, hanem az atomerőműveknél is, mert nincs károsanyag-kibocsátás, illetve mind az alapanyagok, mind pedig a keletkező végtermékek sokkal veszélytelenebbek az uránnál, a plutóniumnál vagy azok származékainál.

Olyan környezetbarát energia lenne, amely hosszú távon és gazdaságosan képes az emberiség egyre növekvő energiaigényét kielégíteni. Egy ilyen erőmű megépítése rendkívül költséges, de minden eddig ismert technológiánál olcsóbban szolgáltatná az energiát. Mindez igen jól hangzik ugyan, de a fúziós reaktor megvalósítása előtt még hatalmas akadályok tornyosulnak. Ahhoz, hogy kontrollálni tudják a fúziót, a gázokat 100 millió Celsius fokra kell hevíteni, ami ötször magasabb a Nap belső hőmérsékleténél.


Klikk a képre a nagyobb változathoz
Laboratóriumi körülmények között lehetetlen előállítani a csillagokban uralkodó viszonyokat. Az ehhez szükséges technikai feltételek megteremtése óriási kihívást jelent a tudósok számára. A százmillió fokos hőmérséklet ugyanis, amelyben a hidrogén és hélium plazma formájában lesz jelen, rendkívül nehezen állítható elő, és a plazma szabályozása, körülhatárolása is csak rendkívül drága - nióbium-ón szupravezetőket tartalmazó - berendezésekkel lehetséges. A tervek szerint a plazmát mágneses mező segítségével tartanák egyben, viszont a jelenlegi anyagismereteink szerint nincs olyan anyag, amely kibírná a folyamatos és rendkívül erős sugárzást, így eddig csak néhány tizedmásodpercig sikerült fenntartaniuk a fúziót.

Bár még mindig ez a megoldás tűnik a legkecsegtetőbbnek, ugyanis ezzel a technológiával sikerült a legtöbb energiát előállítani. Az Európai Unió Oxford közelében lévő culhalmi kísérleti reaktorában (JET) 1997-ben fél másodpercre már sikerült 16,1 megawatt energiát kinyerni, igaz, ehhez 25 megawatt villamos energiát használtak fel. Az amerikai Berkeley Egyetemen viszont más módszerrel kísérleteznek: lézernyalábokkal nyomják össze és hevítik fel a lefagyasztott üzemanyagcseppeket, itt az energia-felszabadulás robbanásszerűen megy végbe.

Az ITER sikeres működésében azonban nem mindenki bízik, a kétkedők között van például Edouard Brézin, a Francia Tudományos Akadémia elnöke és a nagyhírű École Normale Supérieur elméletifizika-laboratóriumának professzora. Szerinte túl optimisták azok, akik úgy gondolják, hogy a fúziós energia ötven éven belül eljuthat az iparszerű termelés szintjére. A reaktort sokan csak presztízsberuházásnak tartják, amely más kutatásoktól vonja el a pénzt, amelyek esetleg már rövid távon is kielégíthetnék a növekvő szükségleteket.


Az ITER és egy másik kísérleti projekt, a JET
Gőzerővel folyik az új negyedik generációs atomerőművek fejlesztése, amelyek 2030 után válthatják le a hagyományos, évtizedek óta működő és az újaknál alacsonyabb hatásfokú reaktorokat. Ezek az új, magas hőmérsékletű erőművek 50 százalékkal hatékonyabbak, biztonságosabbak és jóval olcsóbbak a jelenleg használt megoldásoknál, így ezekkel egyes vélemények szerint eljöhet az atomenergia reneszánsza. Jelenleg azonban a magas költségei miatt csak kooperációban valósíthatók meg az ilyen típusú fejlesztések, ezért 2000 januárjában Argentína, Brazília, Dél-Afrikai Köztársaság, Dél-Korea, az Euratom, Japán, Kanada, Svájc, Nagy-Britannia, Franciaország és az USA létrehozta a Generation IV International Forumot.

Ennek célja az uránkészletek hatékonyabb hasznosítása mellett az atomerőművek bevonása a hidrogéntermelésbe, de az új generáció megoldást jelenthet a hosszú életű radioaktív izotópok elhelyezésére is, mert magreakciók útján rövid életű izotópokká alakítanák azokat. A kísérleti reaktorfejlesztések több országban is jól haladnak. Az amerikai General Atomics T-MHR és a dél-afrikai Eskom által fejlesztett PBMR hamarosan felépül, Franciaország pedig 2020-ra ígéri, hogy elkészül saját prototípusával.

Az egyesült államokbeli és a dél-afrikai abban hasonlít, hogy mindkettő héliumhűtésű, magas hőmérsékletű reaktor zárt körös üzemanyagciklussal. A magas hőmérséklet miatt hatásfokuk 48 százalék, ami magasabb az eddig üzembe helyezett blokkoknál. Mindkét megoldás olyan passzív biztonsági megoldásokat tartalmaz, amelyek vészhelyzet esetén emberi beavatkozás nélkül leállítják a reaktort.