Készül a szerkezet, amely megoldja a világ energiagondjait

Egy nemzetközi együttműködés keretében az USA, Oroszország, Japán és Kína újabb jelentős lépést tett a világ energiagondjainak végleges megoldása felé. Az ITER fúziós reaktora rendkívül ígéretesnek tűnik.

Az ITER elkészült a világ eddigi legnagyobb és legerősebb szupravezető pulzálóelektromágnes-rendszerének minden alkatrészével, így küszöbön áll az áttörés a fúziós energia hasznosítása terén. Az ITER egy több mint harminc országot tömörítő tudományos együttműködési program, melynek célja a napunkat és a többi csillagot tápláló fúziós energia földi hasznosíthatóságának bemutatása. Ha meg tudjuk szelídíteni, a fúziós energia bőséges nyersanyagbázissal rendelkező, biztonságos és szénmentes energiaellátást szolgáltathat az egész bolygónak.

Az ITER fúziós reaktorának építése
Fotó: CHRISTOPHE SIMON / AFP

Az elektromágnesrendszer utolsó hiányzó komponense az ún. Központi Szolenoid hatodik modulja volt, amelyet a USA-ban építettek és teszteltek. Amikor majd összeépítik az ITER dél-franciaországi telephelyén, a Központi Szolenoid lesz a rendszer legerősebb mágnese, amely akár egy komplett repülőgépszállító anyahajót is a magasba tudna emelni.

A Központi Szolenoid hat gyűrű formájú poloidálistér-mágnessel együtt fogja ellátni feladatát. Ezeket a mágneseket Oroszországban, az EU-ban és Kínában építették, és már a dél-franciaországi helyszínen várják a bevetést. Teljesen összeszerelt formában az egész pulzálómágnes-rendszer közel 3000 tonnát nyom majd, és az ITER fánk formájú Tokamak-reaktorának ez a rendszer lesz a lelke.

Hogyan is működik az ITER szupravezető pulzálóelektromágnes-rendszere? 

• Első lépésként néhány grammnyi hidrogén-tüzelőanyagot – deutérium- és tríciumgázt – fecskendeznek majd az ITER hatalmas Tokamak-kamrájába. 
• A következő lépésben a pulzálómágnes elektromos áramot hoz létre, amely ionizálja a hidrogéngázt, ezzel plazmát – töltött részecskékből álló forró anyagfelhőt – hoz létre. 
• Ezt követően a mágnesek mintegy láthatatlan ketrecet hoznak létre, amely helyhez köti és rögzített formába önti a plazmát. 
• A negyedik lépésben külső fűtőrendszerek a plazma hőmérsékletét 150 millió Celsius-fokra hevítik. Ez a hőmérséklet tízszer magasabb annál, ami a Nap középpontjában uralkodik. 
• Végül, ötödik lépésként a plazmában kavargó atommagok ezen a hőmérsékleten fuzionálni kezdenek, amivel gigantikus mennyiségű hőenergiát szabadítanak fel.

Maximális kapacitáson az ITER a számítások szerint 50 megawattnyi bemenő fűtőteljesítmény mellett 500 megawattnyi fúziós energiát fog termelni, vagyis megtízszerezi a befektetett energiát. 

Ilyen hatékonyságnál a fúziós reaktor lényegében saját magát fűti, mintegy „égő plazmává” válik.

Az ITER integrálja az összes olyan alrendszert, amely egy ipari léptékű fúziós reaktor működtetéséhez szükséges, s ezzel nagyléptékű és komplex kutatólaboratóriumként üzemel majd a harmincnál is több együttműködő partnerállam számára. Az ITER-ből származó tudással és adatokkal felvértezve a világ nekiláthat majd a kereskedelmi léptékű fúziósenergia-termelés optimalizálásának.

Az ITER geopolitikai vívmánynak sem utolsó, hiszen a keretei között évek óta tartósan együttműködik Kína, Európa, India, Japán, Korea, Oroszország és az Egyesült Államok. Három földrész több száz üzemében tudósok és mérnökök ezrei működtek közre egyetlen berendezés megépítésében.

Az ITER nemcsak a műszaki komplexitása miatt kiemelkedő, hanem egyedülállóvá teszi a nemzetközi együttműködésnek az a keretrendszere is, amely a változó politikai viszonyok közepette mindvégig fennmaradt

 – hangsúlyozta Pietro Barabaschi, az ITER vezérigazgatója. – Ez az eredmény azt bizonyítja, hogy amikor az emberiség olyan egzisztenciális kihívásokkal néz szembe, mint a klímaválság és az energiabiztonság, képesek vagyunk a megoldás érdekében a nemzeti nézetkülönbségeket félretenni. Az ITER Projekt a remény megtestesülése. Az ITER-en keresztül megmutatjuk, hogy a jövő fenntartható energiája és a békés haladás valódi lehetőségek.”

Így néz ki a jövő reaktora

2024-ben az ITER építési céljainak 100 százaléka megvalósult. A legtöbb nagy részegység már a helyszínen van, így az ITER Tokamak az összeszerelés fázisába lépett. Az ITER Megállapodás értelmében az építés költségeinek túlnyomó részét a tagállamok állják a részegységek gyártási és szállítási költségein keresztül. Ez azt jelenti, hogy a tagállami finanszírozások elsődlegesen az adott állam saját vállalataihoz kerülnek, amelyek az ITER komplex technológiájának kivitelezése során újításokat valósítanak meg és komoly tapasztalatokhoz jutnak. A projekt házigazdája az Európai Unió, amely az ITER Tokamak és támogató rendszerei költségének 45 százalékát állja. Kína, India, Japán, Korea, Oroszország és az Egyesült Államok mind 9-9 százalékkal járulnak hozzá a projekthez, de a létrejövő szellemi tulajdonhoz valamennyi tagállam 100%-ban hozzáférhet.

Az ITER részegységeinek adatai dióhéjban:

Központi Szolenoid (hengeres mágnes): 18 méter magas, 4.25 méter átmérőjű, súlya mintegy 1000 tonna. Mágneses térerőssége 13 Tesla, vagyis 280 000-szer erősebb a Föld mágneses mezejénél; az általa tárolt mágneses energia mennyisége 6.4 gigajoule. A feladata az, hogy 300-500 másodperces pulzusok erejéig elindítson és fenntartson egy 15 megaamper erősségű plazmaáramot. Az Egyesült Államokban gyártották, nióbium-ón szupravezető szála Japánból származik. Szupravezető állapotú üzemi hőmérséklete 4.5 kelvin (-269°C), amit cseppfolyós héliumos hűtéssel érnek el. Külső vázát úgy tervezték és építették, hogy 100 meganewton erőhatást bírjon el. Ez az erő egy űrsikló kilövésekor fellépő nyomaték kétszeresének felel meg.

Poloidálistér-mágnesek (gyűrű alakú mágnesek): átmérőjük 9 és 25 méter közötti, súlyuk 160-400 tonna. Származási helyük: Oroszország, Franciaország és Kína. Szupravezető száluk nióbium-titán ötvözetből készült Európában, Kínában és Oroszországban. A Központi Szolenoidhoz hasonlóan folyékony héliumos hűtés tartja majd őket szupravezető állapotban -269°C-on.

Toroidálistér-mágnesek (D alakú mágnesek): ezek a 2023 végén elkészült mágnesek 17 méter magasak és 9 méter szélesek, súlyuk egyenként nagyjából 360 tonna. Származási helyük: Olaszország és Japán. Nióbium-ón ötvözetből álló szupravezető száluk Európában, Koreában, Oroszországban és az USA-ban készült. Hűtésük a fentiekkel megegyező.

Korrekciós tekercsek: ezeket a plazma stabilitásának finomhangolására szolgáló tekercseket Kína gyártotta.

Mágnestápok: a mágnesek hűtését, áramellátását és műszeres jeleit szállító táplálóegységeket szintén Kína állította elő.