Újabb lépés a fúziós energia felé

A távolabbi jövő ígéretes energiaforrása a szabályozott termonukleáris fúzió, amely beláthatatlan időre biztosíthat tiszta energiát. A fúziós folyamatban könnyű atommagok olvadnak össze, a magreakció egyik feltételét jelentő több tízmillió fokos hőmérsékleten. A forró, plazma állapotban lévő üzemanyagot különleges alakú mágneses terekkel tartják együtt. Erre ma a legsikeresebb módszer az ún. tokamak (ilyen típusú lesz a dél-franciaországi Cadarache-ban az egész világ összefogásával épülő ITER nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor is), ám amerikai kutatóknak sikerült egy másik berendezés formájában "versenytársat" készíteniük.

A tokamak mellett régóta létezik egy másik szerkezettípus, a sztellarátor, amelyben szintén mágneses tér tartja össze a plazmaszerű üzemanyagot. Az amerikai Wisconsin-Madison Egyetem kutatói a HSX (Helically Symmetric eXperiment - helikálisan szimmetrikus kísérlet) sztellarátorral jelentős előrelépést tettek, és bebizonyították, hogy ezzel a berendezéssel is lehetővé válhat majd a fúziós energiatermelés. Friss eredményeiket a Physical Review Letters hasábjain közölték.

A plazma összetartásához bonyolult mágneses térre van szükség. Erős mágneses térrel a plazma cső alakú térbe zárható, és a csőből pedig gyűrű alak (tórusz) képezhető. A részecskék a görbült mágneses tér miatt lassú mozgásba kezdenek, és végül elhagyják a tóruszt. Helyzetük stabilizálása még egy mágneses teret igényel, melyben csavart (helikális) térszerkezetet kell kialakítani. A tokamakokban a helikális térszerkezetet a plazmagyűrűben körbefolyó árammal állítják elő. Az áramot csak rövid ideig tudják ebben a konstrukcióban fenntartani, ezért a plazma csak bizonyos paramétertartományokban stabil egy ideig, azokon kívül hirtelen összeomlik. Kérdés tehát, hogy reaktorméretekben sikerül-e majd kellő ideig a szükséges mennyiségű áramot létrehozni és fenntartani.

A sztellarátorokban nem a plazmaáram mágneses tere stabilizálja a plazmát, a helikális teret tekercsekkel hozzák létre. Ezért a sztellarátor elvileg folyamatos működésre képes - igaz, jelentős az energiaveszteség, így sokáig csak kísérleti eszközként tekintettek rá, erőművi megoldásként nem számoltak vele. A tekercsek kis hullámzásokat idéztek elő a mágneses térben, ahol a plazma csapdába esett és elveszett a fúziós folyamat számára.

Az új HSX sztellarátor felépítése azonban eltér a hagyományos megoldástól: kamrája nem a szokásos gyűrűforma, hiszen a gyűrűt gondos számítások alapján szabálytalan alakra görbítették. Erre az eltorzított gyűrűre tekerednek fel, annak görbületeit követve a helikális tekercsek. Ez a kvázi-szimmetrikus elrendezés a korábbiaknál sokkal kisebb energiaveszteséggel tartja össze a plazmát. A kísérletek és a mérések igazolták a kutatók várakozását, miszerint ez a szokatlan mágneses térkialakítás valóban megoldást jelent a veszteségek lényeges csökkentésére.

A kísérletek további szakaszaiban kisebb változtatásokat hajtanak végre a helikális tekercsek elrendezésén, és azt vizsgálják, milyen mértékű szimmetriával lehet a legkisebbre redukálni a veszteségeket. A kutatók abban bíznak, hogy a HSX előkészítésére 17 éve elkezdett munkájuk egyszer majd erőművi méretekben hasznosul.

Jéki László