Fúziós erőművek: esetleg évtizedek múlva

Ötven éve foglalkoznak már a kutatók a korlátlan energiabőséget ígérő szabályozott termonukleáris fúzió megvalósításával. Óriási tudományos és műszaki problémákat kell megoldani. Az "üzemanyag" atommagjai, a hidrogén nehéz izotópjai (deutérium, trícium) csak 100 millió fokos hőmérsékleten olvadnak össze.

Napjainkban két teljesen eltérő megoldáson dolgoznak a kutatók. Az egyik a lézeres mikrorobbantások technikája, ahol a parányi üzemanyag-cseppecskét intenzív lézersugarakkal hevítik fel és nyomják össze, míg létrejönnek a fúzió feltételei. Az Egyesült Államokban néhány éven belül készül el egy hatalmas lézerfúziós berendezés. A másik megoldási lehetőségnél a mágneses teret veszik igénybe a forró anyag egyben tartására, ilyen berendezés a tokamak.

Tavaly nyáron írták alá a megállapodást az ITER tokamak (International Thermonuclear Experimental Reactor) nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor felépítéséről. A helyszín Cadarache, Franciaország. Az ITER építését idén kezdik meg az Európai Unió, Oroszország, az Egyesült Államok, Japán, Kanada, Kína és Dél-Korea összefogásával. Az építés idejét tíz évre, költségeit 4,6 milliárd euróra tervezik, az építés ötvenezer embernek ad majd munkát. Húsz éves üzemeltetés után, a 2030-as évekre gyűlhet össze elegendő tapasztalat, ismeret ahhoz, hogy dönteni lehessen a következő nagy lépés megtételéről, az erőművi reaktor megépítéséről.

Egyszerűbb megoldás vagy csalás?

Mindez azt jelenti, hogy évtizedek teltek már el és még évtizedeket kell várni az első tokamak-erőmű megépítésére, a költségek pedig hatalmasak. Teljesen érthető, hogy szívesen látna mindenki egy egyszerűbb és olcsóbb megoldást. 1989-ben robbant a világszenzáció: beteljesedtek a remények, laborasztalon is létre lehet hozni atommagok energia-felszabadulással járó összeolvadását.

1989-ben közölte S. Pons és M. Fleischmann (Utah Egyetem, USA), hogy sikerült "hidegfúziót" megvalósítaniuk. A hidrogénizotópok atommagjainak összeolvadásához szerintük nincs szükség a Nap belsejében uralkodó nyomás- és hőmérsékletviszonyok megteremtésére, a fúzió szobahőmérsékleten, kémcsőben is megvalósítható. Kísérletükben deutériumot tartalmazó nehézvizet elektrolizáltak. A vízbontáshoz palládium elektródákat használtak. Magyarázatuk szerint a palládiumban elnyelt deutérium-atommagok olyan közel kerültek egymáshoz, hogy összeolvadhattak. A feltételezett fúziós folyamatban felszabaduló többletenergiát hőenergia formájában észlelték a kutatók. A szenzációs bejelentés nyomán világszerte megkísérelték az eredmények reprodukálását, mindmáig sikertelenül. Azóta a "hidegfúzió" a felelőtlen, szenzációhajhász közlések szinonimájaként él a tudományos életben. A laikusokban ennek ellenére tovább él a bizakodás.

A legalaposabb, egy évtizedig tartó ellenőrző vizsgálatsorozatot az USA haditengerészetének űr- és tengeri hadviselési rendszerekkel foglalkozó kutatóközpontja végezte. Deutériumban dús vízben palládium-kloridot oldottak. Az oldatba vezetett elektromos áram hatására a rézből vagy ezüstből készített negatív elektródon együtt rakódott le a palládium és a deutérium. Fél óra elteltével a palládium bevonatú katód hőmérséklete 3 Celsius-fokkal magasabb volt, mint a környező folyadéké. Egyetlen magyarázat adódott: az energia valamilyen módon a katódban szabadult fel! A szokatlan jelenséget tovább vizsgálva sem találtak azonban egyértelmű kísérleti bizonyítékot arra, hogy az esetenként megfigyelt hőenergia-többlet atommagok összeolvadásából származna. A haditengerészeti kutatóintézet munkatársai óvatosan fogalmaztak, mindössze azt állítják, hogy érdekes jelenségre bukkantak, amely további tanulmányozást érdemel.

Újabb remény: buborékok

2002-ben az amerikai Oak Ridge nemzeti laboratórium néhány munkatársa Rusi Taleyarkhan és Richard Lahey vezetésével a rangos Science magazinban közölt cikkében azt állította, hogy a korábbitól eltérő módon, egyszerű "asztali" kísérletben sikerült termonukleáris fúziót létrehozniuk. Hengeres tartályba acetont töltöttek, ezt vették körül a folyamatokat beindító és az eredményeket észlelő berendezések. Az acetonban a hidrogénatomokat előzőleg deutériumra cserélték, vagyis a közönséges hidrogén helyébe annak nehezebb izotópja került. Az acetont hanghullámoknak tették ki, ennek hatására parányi buborékok keletkeztek a folyadékban. A buborékok később összeroppantak, ezt a folyamatot fényfelvillanás kíséri, ez az ún. szonolumineszcencia (hanggal keltett fénykibocsátás) régóta ismert jelensége.

A kísérletezők a hanghullámokon kívül intenzív neutron-besugárzásnak is kitették az acetont. Állításuk szerint a neutronoktól átvett energia az acetont felmelegíti, mire az aceton párologni kezd, emiatt a parányi buborékok látható méretűre, kb. 1 mm átmérőjűre nőnek meg. Ezeknek a nagy buborékoknak az összeroppanása során lépnének fel azok az extrém, a Napban lévő viszonyokra emlékeztető hőmérsékleti és nyomásviszonyok, amelyek elengedhetetlenek az atommagok összeolvadásához.

A deutérium-deutérium fúziós folyamat kétféle módon mehet végbe: az egyik esetben a hidrogén bomlékony legnehezebb izotópja, trícium keletkezik, a másik esetben pedig nagyenergiájú neutronok lépnek ki. A kutatóknak közleményük szerint sikerült tríciumot kimutatni az acetonban, és kilépő neutronsugárzást is észleltek. Az eredmény híre a közzététel előtt gyorsan kiszivárgott. A laboratórium vezetése azonnal felkért egy másik csoportot az ellenőrző kísérletek elvégzésére. Az ellenőrző csoport ugyanazt a kísérleti berendezést használta, csak a neutronok kimutatására szolgáló észlelőrendszerük volt más. Nem találtak kilépő neutronokat, és fúzió nélkül is magyarázatot adtak az acetonban talált tríciumra.

A legújabb kísérletek

Rusi Taleyarkhan az amerikai Purdue Egyetemen végezte újabb kísérleteit. Az alapelv nem változott: állítása szerint a folyadékban keltett buborékok összeroppanása során olvadnak össze a deutérium-atommagok. A folyadék aceton és benzol keveréke volt, a molekulákban a hidrogénatomokat deutériumra cserélték. Ezúttal nem sugározták be a folyadékot neutronokkal. Az elegyhez uránsót adtak; az urán radioaktív bomlásakor kilépő alfa-részecskék voltak azok a magok, amelyek elősegítették a buborékok kialakulását. Az urán spontán hasadásra is képes, ennek során természetesen neutronok is kilépnek. Taleyarkhan szerint az általa észlelt neutronok nem származhatnak az urán hasadásából, mert jóval nagyobb energiájúak azoknál.

A legnagyobb problémára egyelőre nincs magyarázat: a kísérlet időnként működik, időnként viszont nem. Egy a hidegfúziós kísérletek elemzésével, kritikájával régóta foglalkozó szakértő szerint a kozmikus sugárzás és a levegő kölcsönhatásából erednek a neutronok, a kozmikus sugárzás intenzitása pedig természetesen ingadozik. Be kellene bizonyítani, hogy a neutronok valóban a buborékokból származnak, ehhez a jelenleginél jobb időfelbontású mérésekre lenne szükség. A fúzió bizonyítéka lehetne trícium kimutatása is, ehhez a trícium bomlása során kilépő elektronokat kellene észlelni. Ezt a mérést viszont reménytelenné teszi az urán bomlásából származó elektronok nagy száma.

A Nature híre szerint Taleyarkhan meghívta kritikusait a laboratóriumába, a találkozásra hamarosan sort kerítenek. A tudományos közlemény megjelenése után nyilván más laboratóriumok is hozzákezdenek a kísérlet reprodukálásához, ellenőrzéséhez. Többek szerint valóban elképzelhető, hogy egy összeroppanó buborékban megteremtődhetnek a fúzió feltételei, de a mostani kísérletek ezt még nem bizonyították be.

Jéki László

[origo]