Bár jelenlegi tudásunk szerint a fú­ziós energiatermelésnek elvi akadálya nincsen, az elmúlt évtizedekben csak némileg sikerült közelebb kerülni egy olyan fúziós reaktor megvalósításához, amely ipari szinten állítana elő villamos energiát. 100-150 millió fokos plazmát már sikerült előállítani, sőt azt erős mágneses tér segítségével megfelelő ideig „tárolni” is a vákuumkamrában. Az eddig mért legnagyobb fúziós teljesítmény mintegy 16 megawatt volt, azonban a folyamat még korántsem önfenntartó, sőt jóval több energiát kell betáplálni, mint amennyit a berendezésből ki tudunk nyerni.

Magfizikai háttér: bármilyen típusú (tokamak, sztellarátor) fúziós erőmű alapanyaga a deutérium és a lítiumból előállított trícium. A deutérium a hidrogén izotópja, vízből viszonylag egyszerűen kivonható, a ritka alkáli­fém lítiumot pedig neutron­besugárzással alakítják át tríciummá. A reak­tor működése a deutérium-trícium fúzióján alapszik, amelynek során óriási energiák szabadulnak fel. Az egyik sarkalatos pont éppen a trícium elő­állítása: technológiailag nehézkes, és ráadásul igen gazdaságtalan lenne a trícium „külső” betáplálása a reaktorba. Vagyis ahhoz, hogy egy ilyen reaktor önfenntartó legyen, a saját üzemanyagát elő kell tudni állítania.

És itt érkeztünk el ahhoz a problémához, amelyen szerte a világon – így Magyarországon is – igen sok kutató dolgozik: milyen anyagokat építsünk be a reaktor falába, hogy a fúziós plazma által kibocsátott nagy energiájú neutronok megfelelő mennyiségű tríciumot keltsenek?

A legutóbbi vizsgált geometria-elhelyezkedés a reaktorkoncepcióban

A Wigner Kutatóközpont régóta szoros munkakapcsolatban áll a híres német Karlsruhe Institute of Technologyval, ahol óriási erőkkel és nagy apparátussal folytatják ezeket a hosszú évtizedekre kalibrált kísérleteket. Mint a klasszikus kutatás-fejlesztési projekteknél általában, itt is négy-öt koncepciót futtatnak párhuzamosan, és majd csak az idő és a kutatói kreativitás dönti el, hogy melyik lesz a befutó – még az is lehet, hogy majd egy hatodik.

A Plazmafizikai Osztály, illetve Nádasi Gábor az egyik ilyen perspektivikus (lítium-berillium) változat kidolgozásába kapcsolódhatott be néhány éve, ami már önmagában is jelzi a hazai fúziós kutatók nemzetközi elismertségét.

Berilliumkavicsok (szürke rész), lítium kerámia kavicsok (sárgás rész)

A magyar fejlesztő a majdani trícium­­­sok­szorozó kazetták szilárdsági méretezésével foglalkozik – vagyis nemcsak elméleti fizikusokra, de jól képzett gépészmérnökökre is szükség van a projektben. A karlsruhei intézettől időről időre megkapják az aktuális tervkoncepciót, a hő- és áramlástechnikai vonatkozásokat egy másik magyar partner méri, az ő eredményeiket is felhasználva lehet a kazetták szilárdságát elemezni. A problémakör meglehetősen széles körű: a speciális acélból készült kazetta bizonyos részei túlhevülnek, hőtágulásból adódó terhelések jelentkeznek, miközben a 80 bar nyomású hélium hűtőközeg is igen nagy mechanikai igénybevételt jelent. Azt is ellenőrizni kell, hogy a hűtőközeg hatékonyan hűt-e, a kerámia­ágyak nem melegszenek-e túl, az azonnali és a ciklikus tönkremeneteli módokat – így például a kifáradást – is vizsgálni kell.

A végeselemes szoftver generálta kép az egyenértékű feszültségeket mutatja a vizsgált geometriában, egy bizonyos terhelési esetben. A színek reprezentálják a szerkezetben jelentkező egyenértékű feszültségek mértékét, a skála kéktől (0 szint) pirosig (legmagasabb) terjed

A kutatás-fejlesztés általában sem a gyors eredményre törekvő, nyugtalan szakemberek terepe, a fúziós reaktorok esetében pedig még hosszabbak az időtávok. Amin Nádasi Gábor jelenleg dolgozik, arról jó esetben is csak nyolc-tíz év múlva kap gyakorlati visszajelzést. Dél-Franciaországban ugyanis néhány éven belül átadják a már 2011 óta épülő, hatalmas teljesítményű ITER-t (International Thermonuclear Experimental Reactor), amely 500 megawatt fúziós teljesítmény fenntartására lesz képes több percen keresztül. Ez a berendezés még mindig nem lesz alkalmas ipari méretű villamosenergia-termelésre, arra viszont mindenképpen, hogy a most készülő és az ITER-be beépítendő tríciumszaporító tesztkazettákról releváns információkat nyerjenek. Akkor már az is eldőlhet, hogy a rivalizáló koncepciók közül melyik lesz a legjobb, amit majd beépítenek a 2040-2050 körül felépülő „igazi” fúziós erőműbe, a DEMÓ-ba (Demonstration Power Station), amelytől körülbelül 2 gigawatt teljesítményt várnak.•