A nukleáris fúziós áttörés kontextusában

Múlt hónapban a kaliforniai Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban (LLNL) működő National Ignition Facility bejelentés jelentős áttörés a magfúziós kutatásban. Azóta többen kérdezték tőlem, mit is jelent valójában ez az áttörés.

Először beszéljünk a magfúzió néhány alapjáról. A mai atomerőművek az atommaghasadáson alapulnak, ami egy nehéz izotóp, például az urán-235 két kisebb izotópra történő hasadása. (Az izotópok csak egy elem különböző formái).

Egyszerűen fogalmazva, az atommaghasadás olyan, mintha egy apró golyót lőnének az izotóp közepébe, ami instabillá válik és meghasad. Ha felhasad, hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel (a tömeget és az energiát Einstein híres egyenlete, az E = Mc összefügg²). Ez az energia ezután elektromos árammá alakítható.

A maghasadással szembeni egyik elsődleges kifogás azonban az, hogy a maghasadás melléktermékei erősen radioaktívak, és sok közülük hosszú élettartamú. Más szóval, életveszélyt jelentenek, ha nem kezelik megfelelően. Ezek a radioaktív melléktermékek az oka annak, hogy egyesek ellenzik az atomenergiát.

A magfúzió, amely a naphoz hasonló csillagok energiájának forrása, más. A fúzióval kisebb izotópokat kényszerítenek egymásra, hogy nagyobb izotópokat képezzenek. Ez általában a hidrogén – a legkisebb elem – izotópjainak kombinálását jelenti, hogy héliumot képezzenek. Ez a reakció még több energiát szabadít fel, mint a hasadási reakció, de ami még fontosabb, nem termel hosszú távú radioaktív melléktermékeket. Ezért nevezik a magfúziót az energiatermelés „szent gráljának”.

Tehát mi a probléma? Ezek a kis hidrogénizotópok nagyon ellenállóak az összeolvadással szemben. Óriási nyomásra és magas hőmérsékletre van szükség (ahogy a nap is jelen van), hogy összeolvadjanak. Ez nagyon különbözik az atommaghasadástól, amely viszonylag könnyen megy végbe. Így, bár a fúzió megvalósítható nukleáris fegyverekkel, a kutatók évtizedeket töltöttek azzal, hogy irányított fúziós reakciót hozzanak létre, amelyet energiatermelésre lehetne használni.

Az évek során számos „áttörést” jelentettek be. A múlt hónapban bejelentették, hogy a tudósok most először kaptak több energiát a fúziós folyamatból, mint amennyit be kellett fektetniük. A fúziót megvalósító korábbi erőfeszítések több energiát igényeltek, mint a fúziós reakció.

Tehát ez jelentős áttörést jelent. De mennyire vagyunk közel a kereskedelmi forgalomba kerülő fúziós reaktorok fejlesztéséhez?

Itt van egy analógia, amellyel összefüggésbe helyeztem. Sok mérföldkő volt a kereskedelmi légiközlekedési utazás felé vezető úton. A Wright testvérek 1903 decemberében repültek a történelem első sikeres motoros repülésével. Még 16 év telt el az első transzatlanti repülésig. Az első széles körben sikeres kereskedelmi repülőgép, a Boeing 707 azonban csak 1958-ban mutatkozott be.

A régóta futó vicc mindig az volt, hogy a kereskedelmi magfúzió 30 évre van hátra. A valóságban ez egyszerűen azt jelenti, hogy még mindig nem látjuk egészen az oda vezető utat. A közelmúltbeli áttörés minden bizonnyal mérföldkő a kereskedelmi nukleáris fúzió felé vezető úton. De lehet, hogy még mindig 30 év választja el a magfúzió kereskedelmi megvalósítását.