Jelentős áttörés a fúziós energiatermelésben: sikerült biztonságosan megnövelni a plazmasűrűséget

Kísérleti szinten két jelentős akadályt sikerült áttörniük kutatóknak a magfúzió terén, és ha nagyban is tudják reprodukálni eredményeiket, akkor az elvezethet a kereskedelmi felhasználású és hatékony fúziós reaktorokhoz – írja a New Scientist.

A magfúziós reakció optimális energiatermeléséhez két dologra volt még szükség: a plazmasűrűség megnövelésére és a sűrűbb plazma visszatartására. Ezt most egy kísérleti tokamakreaktorban elérték a kutatók, de így is évekre vagyunk attól, hogy egy kereskedelmi reaktor üzemeljen.

A tokamak a fúziós reaktorok legelterjedtebb típusa: olyan berendezés, amely a magas hőmérsékletű, a Nap felszínénél is forróbb plazmát egy elektromágnes által létrehozott, lyukas fánk alakú mágneses mezőben képes tárolni.

A tudósok eddig úgy gondolták, hogy a plazmasűrűség növelésének korlátai vannak: ha az úgynevezett Greenwald-határ fölé mennek, akkor a plazma kiszökik a mágneses térből, és a reaktort is károsítja. A sűrűségnövelés viszont nagyon fontos tényező a teljesítményben. Kimutatták, hogy a tokamakreaktorok teljesítménye az üzemanyag sűrűségének négyzetével arányosan nő.

Az új eredmények szerint a Greenwald-határ is biztonságosan átléphető. San Diegóban a Siye Ding vezette kutatócsoport a DIII-D National Fusion Facility tokamakreaktorát 2,2 másodpercig a Greenwald-határértéket 20 százalékkal meghaladó átlagos sűrűséggel működtették úgy, hogy a rendszer stabil maradt. A Greenwald-határt nem ők lépték át először, de a korábbi kísérlet rövidebb ideig tartott, és kisebb volt a stabilitása.

Gianluca Sarri, a Queen's University Belfast kutatója azt mondta, hogy egyre inkább stabil működést tudnak mutatni a reaktorok, és következetesen el tudják érni az ehhez szükséges optimális pontot. Szerinte ha a kis méretű reaktor eredményeit egy nagyobb gépre tudják extrapolálni, akkor jelentős teljesítménynövekedést tudnak elérni.

Sarri azt mondta, hogy a DIII-D kísérletében nem használtak új megközelítéséket, de nagyon jól vegyítették a már meglévőeket. A csapat nagyobb sűrűséget alkalmazott a fánk alakú plazma magjában, hogy növelje a teljesítményt, miközben a tárolókamra közeli széleinél engedte, hogy a Greenwald-határérték alá csökkenjen, így elkerülve a plazma kiszabadulását. Emellett deutériumgázt fújtak a plazmába, hogy a reakciókat bizonyos helyeken csillapítsák.

A DIII-D plazmakamra külső sugara mindössze 1,6 méter, és még nem tudni, hogy ugyanez a módszer működne-e a Franciaországban épülő következő generációs tokamak, az ITER esetében, amelynek sugara 6,2 méter lesz, és várhatóan már 2025-ben plazmát fog termelni.

„Ezek a plazmák nagyon bonyolultak. Egy kis változás a körülményekben nagy változást eredményez a viselkedésben. Kísérletileg ez inkább egyfajta »próba-szerencse« megközelítés volt, ahol sok különböző konfigurációt kipróbáltunk, és alapvetően azt néztük, hogy melyik a legjobb. Az egész arról szól, hogy a plazmát olyasmire kényszerítjük, ami teljesen ellentétes a természetével, amit valójában nem akar csinálni” – mondta Sarri.

Ding szerint a kísérlet jó előjel a fúziós energia jövője szempontjából. „Számos reaktorterv egyidejűleg nagy zártságot és nagy sűrűséget igényel. Kísérletileg ez az első alkalom, amikor ez megvalósul. A következő lépés drága, és jelenleg a kutatás sokféle irányba halad. Remélem, hogy ez a tanulmány segít majd az erőfeszítések összehangolásában világszerte.”

Sarri szerint egy újabb lépést tettek a gyakorlatban is működő fúziós erőmű felé, de senki ne számítson arra, hogy a következő öt vagy tíz évben kereskedelmi reaktorral találkozhat.

A sokáig csak a sci-fik témájának számító fúziós energia mára egyszerű műszaki problémává vált, ezért szakértők szerint ma már nem az a kérdés, hogy megvalósítható-e a fúziós energia, hanem hogy hogyan lesz elég olcsó.