Magyar kamerák védik az óriás fúziós reaktort

Az épülő Wendelstein 7-X kísérleti sztellarátor belseje

A Napban végbemenő folyamatokat utánzó fúziós reaktorok tiszta és bőséges áramtermelést ígérnek, immár több mint hetven éve. A legújabb és egyik legnagyobb kísérleti berendezés nyáron lép üzembe Németországban. A reaktor működését felügyelő kamerarendszert az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban fejlesztették.

A fúziós energiatermelés az emberiség régi vágya, de még nem sikerült olyan fúziós erőművet építeni, amely több áramot termelt volna annál, mint amennyit működésre elhasznált. Az 1940-es, sőt az 1920-as évek óta tartó kutatások során nagyon sokféle berendezés készült, ezek közül a sztellarátor az egyik legrégebbi és legígéretesebbnek tűnő megoldás.

A Nap belsejében zajló reakciókat akarják létrehozni a Földön

A sztellarátor olyan berendezés, amely erős mágneses terekkel tartja össze a plazmát (a negyedik halmazállapotban levő anyagot) a szabályozott magfúzió létrehozásához. Ezt a berendezéstípust Lyman Spitzer találta fel 1950-ben, és a következő évben meg is épült belőle az első példány a princetoni plazmafizikai laboratóriumban.

Az épülő Wendelstein 7-X kísérleti sztellarátor belseje Forrás: Origo

A sztellarátor név arra utal, hogy a Napban zajló reakciókat a Földön megvalósítva hozzák létre a szabályozott magfúziót, amellyel hatalmas mennyiségű energia állítható elő tisztán, vagyis számottevő üvegházgáz-kibocsátás és atomhulladék nélkül.

Előzött a tokamak

Az 1950-es évektől kezdve számos ilyen típusú berendezés épült. Ezek azonban lassan fejlődtek, főleg a technikai nehézségek miatt, illetve amiatt, hogy akkoriban még nem voltak szuperszámítógépek, amelyek el tudták volna végezni a szükséges számításokat.

Egyszerűbb kialakítása miatt sokkal gyorsabban fejlődött a másik ígéretes mágneses összetartású fúziós berendezéstípus, a tokamak. A tokamak ma is az energiatermelő fúziós erőművek kutatásának és építésének fő iránya, rá alapul a Franciaországban épülő ITER (a fejlesztésről itt írtunk bővebben). A technológia eljutott arra a szintre, hogy a sztellarátorok jó alternatívái legyenek a tokamakoknak.

A fúziós reaktorok két alaptípusa

A sztellarátor és a tokamak közötti alapvető különbség, hogy a tokamakban egy központi tekercs található, amely áramot hajt a plazmában. Ez megcsavarja a mágneses teret, és lehetővé teszi a plazma összetartását. Ezzel szemben a sztellarátorban nincs központi tekercs, nem hajtanak áramot a plazmában, a csavart mágneses teret bonyolult alakú külső tekercsekkel hozzák létre. Így számos, a tokamakok esetében fellépő nehézség kiküszöbölhető, viszont egy ilyen berendezés tervezése és megépítése sokkal összetettebb.

A képen balra látható a sztellarátorok felépítése, jobb oldalon pedig a tokamakoké. A felső két kép mutatja a plazma és a tekercsek alakját, illetve elhelyezkedését. Az alsó két képen két valós berendezés szerepel: jobb oldalon a JET belseje, a világ legnagyobb tokamak típusú fúziós kísérleti berendezése (Nagy-Britannia) Forrás: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont

A fenti képen balra a Wendelstein 7-X (W7-X) nevű sztellarátor látható. A berendezés Németországban épül, és 2015 nyarán tervezik az indítását. A W7-X-et a világ legbonyolultabb fúziós tartják. Egyrészt a mérete miatt, másrészt azért, mert ha a kísérletek kedvező eredményekkel zárulnak, a jövőben egy hasonló, erőműméretű berendezés is épülhetne. Több szakértő szerint a sztellarátor stabilabban és egyszerűbben üzemeltethető, mint a tokamak, tehát elvileg alkalmasabb lehet a klasszikus nagyerőmű szerepére.

Magyar fejlesztés a biztonságos működésért

A Wendelstein 7-X az európai fúziós kutatások egyik alappillére, egyben Németország egyik legnagyobb kutatás-fejlesztési beruházása. A W7-X-hez magyar kutatók és mérnökök terveztek és építenek egy tíz kamerából álló, intelligens videomegfigyelő rendszert, amelynek már a berendezés működésének első pillanatától fontos szerepe lesz. Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont szakemberei tavasszal véglegesítik és tesztelik a rendszert.

A magyar videodiagnosztikai rendszer feladata, hogy megvédje a berendezést a károsodástól, ha a reaktor esetleg meghibásodna. A tíz kamerából álló rendszer az egész berendezés belsejét látja, és az áttekintő képek mellett képes egyes kritikus területek monitorozására, illetve az adatok valós idejű feldolgozására is.

Az eredményeket ezután eljuttatja más rendszereknek, például a berendezés vezérlőrendszerének, amely a kameraképek alapján szükség esetén biztonsági leállást hajt végre. Magyar kutatók a W7-X mellett a világ több más vezető fúziós berendezése számára is építenek és üzemeltetnek hazai fejlesztésű mérőberendezéseket.