Az energia szent Gráile a képben

Rendben, próbáljuk meg egy kicsit más megtekintésbe helyezni. A fúzióenergia alapvetően a tiszta energia szent Grále. Ez az, ami a napot működteti, nulla szén-dioxid-kibocsátással rendelkezik, minimális radioaktív hulladékot termel, és olyan üzemanyagot használ, amely gyakorlatilag istermetszhetetlen (a hidrogén, amelyet vízből is kinyerhetünk). Ha képesek lennénk a fúziót a Földön is megteremteni, lényegében egy korlátlan, tiszta energiaforrásunk lenne, amely évezredekig képes fenntartani a civilizációt.

Szóval miért nincsen még fúzióüzemlegyünk? Mert, kedves barátaim, rendkívül nehéz megvalósítani.

70 év以上 óta a tudósok a niinnevetett Lawson-kritériumon dolgoznak – ez egy matematikai szabály, amely megmondja nekik, képes-e a plasma (az anyag szuperforró állapota, ahol a fúzió megt เกิดik) elég meleg és sűrű maradni elégนาน, hogy fenntartsa a fúzió reakciókat anélkül, hogy folyamatos külső fűtésre lenne szükség. Gondoljátok el úgy, mint egy tűzrakó fasánál, amit rendkívül nehéz gerjeszteni a kemény körülmények között. A cél az, hogy a tűz elég meleg legyen ahhoz, hogy maga is táplálja magát.

A probléma azonban az, hogy ez a kritérium megmondta a tudósoknak, hogy milyen feltételekre van szükségük, de azt nem, hogy hogyan érhetik el azokat a leghatékonyabban.

A hegyi analógia, amely ténylegesen segít

Most jön a érdekes rész. A Princeton Plasma Physics Lab tudósai – akikről őszintén gondolom, hogy sokkal több figyelmet érdemelnek, mint amennyit kapnak – úgy döntöttek, hogy más megközelítéssel nézik ezt a problémát.

Képzeljétek el, hogy a fúzió beindításához vezető út olyan, mint egy hegycsorvat. A cél (a fenntartható fúzió) a túloldalon van. A hagyományos megközelítés lényegében az volt, hogy megpróbálnak közvetlenül a legmagasabb csúcson keresztül felmászni: először szuperdúsítják a plasmat, majd hatalmas mennyiségű hőt pumpálnak bele, amíg be nem indul a fúzió.

De ezek a kutatók azt mondták: „Mi van, ha van egy hegyi csapályút? Egy utat a körül?”

Az új számításuk azt sugallja, hogy mindenképpen van. A sűrűség növelése helyett mi lenne, ha a plasmat mielőtt összezuszasztanánk, már melegítenénk is? Ez olyan, mintha inkább a hegyi csapályúzón mennél keresztül, mintsem a csúcsra való felmászás. A cél ugyanaz, de sokkal kevesebb energiát használtok a célbaéréshez.

Dr. Luis Delgado-Aparicio gyönyörűen fogalmazta meg: „Sok vállalat közvetlenül a hegyre akar mászni, és hatalmas energiát pazarol a célbaéréshez. Próbáljanak inkább elmenni a csúcs körül! Sokkal okosabb módon érnek el ugyanarra a helyre, és jóval kevesebb energiát használnak fel.”

Mi az az „Cordey-nyereg”?

Most pedig erről beszélnem kell, mert ténylegesen lenyűgöző. A kutatók egy matematikai tájlépen találtak valamit, amit a „Cordey-nyereg” (Cordey saddle) néznek.

A földrajzi értelemben a nyereg egy alacsony pont két hegycsúcs között – alapvetően egy természetes átjáró a hegyek között. A fúziófizikában a Cordey-nyereg a leghatékonyabb útvonalat jelenti a külső fűtést igénylő plasma és a fúzió által önfenntartó plazma határa között.

Így gondoljátok el: a tudósok a fúzió hatékonyságát a „Q” értékkel mérik. Egy Q=5 érték azt jelenti, hogy a fúzió reakciók ötször annyi energiát termelnek, mint amennyit bevisznek. Egy ideális rendszerben a Cordey-nyereg körülbelül Q=5 körül fekszik – ami soknak tűnik, de valójában ez a könnyű út a átjáráshoz. A probléma az, hogy a valós fúziós rendszereknek vannak komplikációik (szennyezettségek, intenzív mágneses mezők), amelyek eltolják a nyereg helyét.

Ahhoz, hogy tudjuk, egy adott reaktortervezésnél megvalósítható-e az egész, elengedhetetlen megérteni, hogy hol található valójában ez a nyereg.

Miért fontos ez a jövő számára?

Ennek a kutatásnak hatalmas következményei lehetnek a jövő fúziós reaktorainak tervezésében, különösen a tokamakok és a stellaratorok esetében – ezek a pofánál fogott, fánk alakú eszközök, amelyek erőteljes mágneses mezőket használnak a nap magjánál melegebb hőmérsékletű plasma lezárására.

Ami engem lenyűgöz: valóban figyelemre méltó időszakban élünk a fúziókutatás tekintetében. A Princeton felfedezése, a National Ignition Facility történelmi lézerfúzió-áttörése és a magánvállalkozásokba áramló milliárdok között valaha nälünk először ilyen közel a gyakorlati fúzióenergához.

Fog a fúzió holnap megoldani a klímaváltozást? Nem. Ezek még mindig komplex, drága és évtizedeket igényelő technológiák. De olyan felfedezések, mint a Princeton rövidútja, sokkal rövidebbé és olcsabbá tehetik az utolsó szakaszot.

Aztán kiderül, hogy a hetven évnyi hegymászás után valójában egy panorámás út is létezik. És személyben? Én nagyon is várom!

Forrás: ScienceDaily