Hiába mondják fizikusok és mérnökök, hogy a fúzió az egyik legbiztonságosabb energia-előállító folyamat, az emberek jellemzően félnek attól, amit nem értenek, vagy amiről nem tudnak eleget. Még a megfelelő tudás birtokában sem biztos, hogy elhiszik, amit szakértőktől hallanak (a franciaországi fúziós reaktornál járva például volt olyan újságíró, akit még a magyar mérnökök sem tudtak meggyőzni a rendszer biztonságáról), de általában azért jellemző, hogy kevésbé félünk attól, amiről tudjuk, hogyan működik.
Atomreaktor és fúziós reaktor
Az olyan fúziós reaktorok, mint az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor), az atomreaktorok ellentéteként működnek. Míg a paksihoz hasonló reaktorokban atomhasadás történik, a fúziós reaktorban – egyszerűen fogalmazva – egyesülnek az atommagok. Az atomreaktorban egy instabil, radioaktív izotópot nagy sebességű részecskékkel bombáznak (ezek a részecskék általában neutronok), így az atomok felhasadnak kisebb részecskékre. A nagy izotópból két kisebb izotóp jön létre, valamint nagysebességű neutronok, amelyek újabb és újabb nagyobb izotóphoz csapódnak, fenntartva a láncreakciót – ezt nevezzük fissziónak.
Fúzió során két kisebb atom egy nagyobbá egyesül, és ugyanúgy nagysebességű neutron szabadul fel, mint a fissziónál, csak itt nem hasítja az atommagot, továbbá a fúziós reaktor fala befogja a neutronokat és azok energiáját. A fúziós folyamathoz olyan körülményekre lenne szükség, mint amilyenek a mi Napunkban is jelen vannak: óriási hőre, gravitációra és sűrűségre, de mivel a reaktorban nem vagyunk képesek a csillagunkban fellelhető gravitációs nyomást megteremteni, nem hidrogént, hanem annak izotópjait, tríciumot és deutériumot fognak ütköztetni a kutatók. Addig hevítik a gázt, míg a részecskék mozgása már annyira gyors, hogy azonos töltésük sem képes kitéríteni őket egymás útjából: ehhez kell a Nap hőmérsékletének tízszerese, ami nem kevesebb, mint 150 millió fok.
A gáz hamar ionizálódik és plazma állapotba kerül: a nagy erejű ütközések hatására a negatív töltésű elektronok és a pozitív atommagok elszakadnak egymástól, de nem alkotnak újabb kötéseket, az atommagok és az elektronok külön vannak jelen ugyanazon térben. A fúzió során hélium keletkezik, valamint szabadon cikázó neutronok, amiknek a mozgási energiája adja azt a hőt, amit a reaktor termel.
A túlhevített plazma kordában tartásához, és ahhoz, hogy ne égesse ki a reaktor (az ITER esetében úgynevezett tokamak) falát, mágnesességget alkalmaznak: ehhez olyan óriási mágnesgyűrűk szükségesek, amik önmagába visszatérő mágneses teret generálnak. A plazma így a fánk alakú tokamak belsejében körbe-körbe örvénylik majd, miközben neutronokat lök ki magából, amik energiáját a tokamak külső falának, a hidegre hűtött „termosznak” kell felfognia. A hűtésnek két funkciója van: egyrészt a szupravezetők így tudnak hatékonyan energiát vezetni, másrészt ha felmelegszenek, ellenállást generálnak, ami szintén hőt termel, így hűtés hiányában a reaktor rövid idő alatt teljesen felhevülne.
A plazma gyakorlatilag nem robbanhat fel
De milyen veszélyeket rejt a felhevülés, vagy a mágneses mező megszűnése? Biztonsági szempontból semmilyet, tudtuk meg Kiss Gábortól és Bede Ottótól, az ITER-ben dolgozó két magyar gépészmérnöktől. „Ezt úgy hívjuk, hogy plazmaösszeomlás, és annak ellenére, hogy a plazma nagyon forró, rendkívül kicsi a hőkapacitása” – mondta Kiss Gábor. „A termosz falát körbeölelő köpeny egyik eleme akkora, mint egy átlagos asztal, a plazma ennek a háromnegyedét lenne képes leolvasztani. Persze az elemet cserélni kell, és műszaki problémák lennének, de az emberekre ez semmiféle veszélyt nem jelent.”
„Ha ez a nagyon forró anyag bármihez hozzáér, mivel kicsi a tömege, egyből lehűl. Az egész plazma néhány gramm, egy ujjbegynyi pornak felel meg a súlya” – magyarázta Bede Ottó. „A térfogata nagy, de a tömege nagyon kicsi.”
A magyar szakértők elmondták azt is, hogy egy robbanásnak eleve nagyon kicsi a valószínűsége, mert nem igazán van a reaktor belsejében olyan anyag, ami robbanhatna – ha mégis bármilyen eszköz olyan láncreakciót indít be, ami ilyesmivel jár, a reaktor úgy van megépítve, hogy számos rétegen kell átjutnia a plazmának, mielőtt a levegőbe kerülhetne.
„Ilyenkor felaktiválódott szerkezeti elem kerülhet ki a reaktorból, de annyira kicsi a sugárzása, hogy még a környező településeket sem kellene kitelepíteni miatta” – mondta Kiss Gábor. „Tegyük fel, hogy egy kobalttartalmú vasdarab, vagy bármilyen, gammasugárzást kibocsátó anyag elrepül, azt egyszerűen csak be kell gyűjteni, és meg kell tisztítani. Itt nem lesz olyan szennyezőanyag-kibocsátás, mint amilyen Csernobilban, hogy vég nélkül jön ki a sugárzás százezer éveken át.” Azt is érdemes itt megjegyezni, hogy az ITER-ben komoly munka kell ahhoz, hogy a fúziós állapotot fenn lehessen tartani –
Ha ráesik egy repülő, tríciumos lesz az orra
Túlhevülés esetén tehát nincs probléma, de mi a helyzet a külső katasztrófákkal? A szakértők elmondták, hogy az ITER-ben jellemzően terheléskombinációkkal számolnak, vagyis olyan eseményekkel, amik több ezer évente egyszer következnek be, és nem egy katasztrófát, hanem több, láncreakcióként történő problémát jelentenek. „Ilyen az, ha földrengés van, és ezzel egy időben kigyullad egy épület” – magyarázta Bede Ottó.
„A legnagyobb baleset, ami bekövetkezhet, az tényleg egy földrengés. Az oldalirányú rezgéseket elszigetelték a tokamak épülete alatt, nem tudnak eljutni a reaktorig, a függőleges irányúak azonban igen. És ilyenkor az jelenti a legnagyobb kihívást, hogy a nukleáris biztonságért felelős alkatrészek ezt is kibírják. Ha mégis valami nyílás keletkezik a tokamakon, akkor sincs akkora baj, hiszen a fizika törvényei szerint minden szennyező anyag befelé indul, hiszen a legkisebb nyomás felé igyekszik, ez pedig a belső vákuumban van.” Gyakorlatilag nincs olyan szcenárió, ami a környező lakosságot kitelepítésével járna.
Igaz ez egy esetleges repülőgép-balesetre is: az ITER ez ellen is védett lesz, de ha egy gép még el is jutna odáig, hogy beleszáll a tokamakba, a legnagyobb baja az lesz, hogy kicsit tríciumos lesz az orra – az épület ugyanis elméletileg repülőgép becsapódása esetén is biztosítva van, bár az nem világos, hogy pontosan mekkora gép ellen nyújt védelmet.
Nem lesz belőle hidrogénbomba
A fúziós reaktorok egyik legnagyobb előnye, hogy nincs olyan mellékterméke a folyamatnak, amit aztán hadászati célokra fel lehetne használni: az atomerőművek jó része plutónium gyártására is alkalmas volt a hidegháborúban, egy fúziós reaktorban viszont nem lehet hidrogénbombát csinálni. „A hidrogénbomba lényege, hogy a fúziót egy nagyon kis térrészben hozzák létre, és az itt keletkező óriási energia vet szét mindent. Az ITER-ben viszont kontrollált fúzió zajlik majd, nagyon nagy térrészben, semmi nem tud robbanni benne” – mondta Bede Ottó.
Persze, mondhatná az ember, Csernobilról is megmagyarázták, hogy teljesen biztonságos, mégis tragédia lett a vége. Az ITER építése ugyanakkor most más, mint a szovjet atomerőműé volt, több szempontból is. A mérnökök rámutattak, hogy az atomenergia kihasználása a hidegháború alatt kezdődött meg, amikor mindent titkosítottak, amit lehetett:
A fúziós kísérleti erőmű építése más tészta, itt minden nyilvános, és szabadon elérhető a tagországok számára. Vannak viszont úgynevezett „black box”-ok, vagyis fekete blokkok, amelyek olyan műszereket, metódusokat, elemeket takarnak, amiket egy-egy ország a saját módszereivel fejlesztget, és a technológiát nem osztják meg az ITER-tagországokkal, hanem egész egyszerűen már a kész terméket hozzák beépíteni. De a mérnökök szerint ez teljesen természetes, hiszen az autógyárban sem tudja az összeszerelő csapat, hogy mit rak bele a kocsiba, csak tudja, hogy melyik műszert hová kell tennie.
„Ilyen például a tríciumszaporítás, ez nukleáris berendezésekhez is felhasználható, ezért ilyen fekete blokk” – mondta Bede Ottó. „A francia nukleáris hatóság pedig évente többször ellenőriz minket. Ha valami nem kielégítő számukra, annak komoly következménye van.”
„Magyar példát is tudok mondani a fekete blokkra: a Wignerben itthon kifejlesztettek egy ionnyalábot, amit aztán egy kísérleti tokamakba beépítettek, és amikor a magyar kutatók mentek ki állítgatni a berendezést, akkor látták, hogy a fiókban megtalálták a kütyüjük másolatát” – folytatta a kutató. „A kínaiak megpróbálták azonnal legyártani, mert látták, hogy jól működik, de nem tudták, hogy mi van benne pontosan.” A kutatók szerint ezek olyan szellemi tulajdonok, amiket a résztvevő kutatóintézeteknek nem fizetnek meg, ezért érthető, hogy a technológiát nem akarják továbbadni.
Játszótér a fizikusoknak
De hogy lesz ebből egy kész, épkézláb erőmű, amit később áramtermelés céljából lehet sokszorosítani, ha nem tudjuk, hogy pontosan mi van benne? Nagyon egyszerű: egy kész, leegyszerűsített terméket fognak kapni a tagországok, amit sokkal egyszerűbb lesz összerakni, mint most, az ITER-t. „Ez a reaktor most gyakorlatilag játék a fizikusoknak” – mondta Kiss Gábor, utalva arra, hogy rengeteg olyan kísérlet zajlik majd a reaktorban, ami később az áramtermelést biztosító erőművekbe nem kerül majd be.
Kis túlzással a végső erőműben lesz két gomb, a kikapcs és a bekapcs, ami szabályozza, hogy van áram vagy nincs. Nagyon sok olyan diagnosztika van, aminek az egyetlen célja, hogy a fizikusok megértsék, mi történik a plazmában,
de nem vesz részt a plazma szabályozásában és a biztonsághoz sincs köze. Ilyen például, hogy mitől fordul elő, hogy a plazma besűrűsödik a kérgén. Ez egy nagyon jó jelenség, hiszen sok neutront visszaver, amelyek újabb fúziót hoznak létre, de nem tudjuk, hogy mi okozza ezt az állapotot.”
Az ITER tehát egy gyakorlópálya a jövő fúziós erőművei számára: itt próbálják ki a lelkes fizikusok és mérnökök, hogy vajon tényleg lehet-e hatékonyan, és ami legalább ennyire fontos, biztonságosan energiát generálni. A bolygó energiaéhsége egyre növekszik, a megújulók egyelőre még mindig kiszámíthatatlan források, ezért az elavuló atomerőműveket muszáj lesz valamilyen másik alaperőművel kiváltani. Ha sikerül kimatekozni a pontos formulát, az ITER lehet a kulcs a jövő energiájához.
