2014. október 21. 15:35 - Gazz

A Lockheed féle fúziós erőmű

Őszintén szólva kissé csodálkozom, hogy nem kavart különösebb vihart a Lockheed bejelentése, miszerint egy éven belül csinálnak egy akkora fúziós erőművet, ami elfér egy teherautó platóján. Persze nyilván mára kialakult egy jókora szkepticizmus a közvéleményben a hidegfúzió "felfedezése" óta, és valószínűleg az se használ a hitelességnek, hogy a nemzetközi összefogással Franciaországban épülő ITER fúziós reaktor befejezési dátuma folyamatosan csúszik a jövőbe. A fúziós energia megjelenését a mindennapjainkban kb. a gyerekkorom óta folyamatosan az aktuális időpontnál harminc évvel későbbre tették és teszik ma is, tehát joggal érezheti úgy az átlagember, hogy nincs is igazából előrelépés.

Mielőtt belevágnék a téma kifejtésébe, pár szóban hadd vázoljam egészen közérthető példákkal illusztrálva, hogy mi is az a fúziós energia. Tanár voltam valamikor, úgyhogy ez ilyen belső kényszer nálam. Az expertek kérem görgessenek tovább, ez most valószínűleg unalmas lesz számukra.

A magfúzió a mai atomerőművekben zajló folyamat ellentéte, mert míg azokban nagyméretű atomok hasadnak több részre, addig a fúziónál kis méretű atomok - jellemzően hidrogénatomok - olvadnak össze. A laikus olvasó megkérdezhetné, hogy miért termelődik ilyenkor energia. A rövid válasz az, hogy az atommagokat alkotó elemi részecskék, a protonok és a neutronok akkor érzik magukat a legkényelmesebben, ha éppen vas atomot alkotnak. Ez az az atommag méret, ahol a legkisebb energia kell ahhoz, hogy együtt legyenek, és minden olyan atom, ami nem vasatom, magasabb energiát hordoz magában, amitől bizonyos esetekben meg lehet szabadítani, más esetekben magától is szívesen megszabadul ( ilyenek a radioaktív elemek).

Hogy ezt érthetővé tegyem, vegyünk egy példát a hétköznapi életből.  Ha egy társasági összejövetelt szervezünk, akkor  a társaságnak van egy ideális mérete, amely esetben mindenki jól tudja érezni magát. Ha túl nagy a társaság, könnyen el lehet veszni a tömegben. Ha túl kicsi, unalmas a party.

A neutronok és pozitronok esetén az ideális buliméret 56 résztvevő körül alakul, és ebből 26 proton kell hogy legyen. A többi részvevő neutron, nincs igazi buli csajok nélkül. A neutronok száma kicsit változhat, párral több vagy kevesebb nem sokat számít, úgyis nőtöbblet van.

Namost mind a hidrogén, mind az urán atommagja elég messze esik ettől, ezért mondhatjuk, hogy náluk a buli nem igazán élvezetes. ( a hidrogén legelterjedtebb verziójában ráadásul mindössze egy proton lakik az atommagban, s hát az ilyen egyszemélyes bulikról ugyebár mindenki ugyanazt gondolja). Így hát ezek az elemek mutatnak némi hajlandóságot arra, hogy kissé közelebb kerüljenek a vasnál megtapasztalt ideális állapothoz. A nagyméretű atommagok esetén például néhány esetben éppúgy szökdösnek el részecskék, mint ahogy egy sokszereplős, unalmas partiról is lassan szivárognak el az emberek.

A fisszióra ( ez az urán atommag hasadásának esete) most nem térnék ki. Maradjunk a hidrogénnél. Az ő esetében ez a vashoz közelítés nem túl egyszerű. A hidrogén igazi indivídium, nehezen lehet rávenni a párosodásra, de ha már sikerült elnyerni a beleegyezését, akkor igazi vad forró szexpartiban egyesül társával. Ezt valahogy úgy kell elképzelni, mint egy szerelmespárt, akik közé rugót teszünk. Próbálnak közeledni egymáshoz, de a rugó szétnyomja őket. Viszont ha nagy lendületet véve egymás felé futnak, akkor elérik egymás kezét, és ha már egymásba tudnak kapaszkodni, akkor egyesülnek az örökkévalóságig. love.gif

Mint írtam, a vonakodó hidrogént erre az aktusra nem könnyű rávenni. Alapvetően az a megoldás, hogy nagy sebességgel ütköztetni kell a hidrogén atomokat. De itt ne arra gondoljunk, hogy betöltjük a hidrogént két palackba, és egymásnak lőjük őket. Ebből nem lesz semmi. Vannak azonban más módszerek. Az egészen egyszerű módszer, amivel ugyan nem lehet erőművet működtetni, az az, hogy a hidrogént feloldjuk platinában, s kalapáccsal egy iszonyatosat odaverünk. Egy adott térfogatú platina hétszázszoros térfogatú szobahőmérsékletű hidrogént tud magába szívni légköri nyomáson. Könnyű elképzelni, hogy a nagy platinaatomok közötti térben mennyire össze lehetnek zsúfolódva a pici hidrogén atomok. Ha ezt a hidrogénnel telített platinát hirtelen extrém mechanikai hatásnak tesszük ki, a nagy zsufiban néhány hidrogén atommag annyira közel kerülhet egymáshoz, hogy "elérhetik egymás kezét", vagyis a magok közötti rövid hatótávú nukleáris kölcsönhatás le tudja győzni a fenti példánkban rugóként megjelenített elektromos taszítást. Csak nagyon kevés hidrogénatommal történik ez meg, de neutronvillanás észlelhető, ami a magfúzió bekövetkeztének a jele. Sajnos az effektus olyan gyenge, hogy észlelni is alig lehet, teljesen alkalmatlan a módszer az energiatermelésre, mindazonáltal létezik. A hidegfúzió lám lám, működik.

Sokkal hatásosabb módszer, ha a hidrogént felmelegítjük. Egy gáz minél forróbb, annál gyorsabban mozognak a részecskéi, és annál nagyobb erővel ütköznek egymáshoz. Na most, hogy a fúzió létrejöjjön, mindössze bagatell ezermillió celsius fok hőmérséklet szükséges. Mi sem egyszerűbb, mint ezt előidézni egy atombombával, ami így hidrogénbombává avanzsál. Erőművet ugyan ezzel nem lehet működtetni, de pld. a piromániások és tábornokok számára nincs is ennél szebb látvány.

Szerencsére ezzel nem merültek ki a lehetőségeink. Van még módszer a tarsolyban ilyen hőmérséklet elérésére. Mindenki tudja, hogy az áram az bizony fűt. Igen ám, csak ugye a hidrogén gáz halmazállapotú, s az ilyenek nem kifejezetten a csodás vezetőképességükről híresek. Szerencsére erre is van megoldás. A gázok felmelegítve plazmává alakulnak, mint amilyen a gyertya lángja is. A plazmát az különbözteti meg a gázoktól, hogy a plazma annyira forró, hogy az atomok elektronjai a sok ütközéstől leszakadnak az atomokról, s az egész hóbelevanc elektronokból meg pucér atommagokból áll. Mivel ezek töltéssel rendelkező részecskék, remekül vezetik az áramot, amivel aztán tovább lehet őket melegíteni. 

A dologhoz még hozzátartozik, hogy némileg könnyebb dolgunk van, ha hidrogén helyett annak két izotópját alkalmazzuk. A hidrogén atommagja egy protonból áll, pihekönnyű. Azonban a molett deutériumban már egy neutron is van a proton mellett, a kifejezetten túlsúlyos tríciumban meg kettő. Könnyű belátni, hogy dagadt emberek ütközésekor könnyebben törik a csont, a hidrogénnél sincs ez másképp. Ezeket a hidrogén izotópokat alkalmazva a fúzióhoz szükséges hőmérséklet jelentősen csökken, persze azért így is kell még több száz millió celsius fok.

A Lockheed módszere erre a melegítésre az, hogy a plazma állapotú deutérium-trícium keveréket tartalmazó tartályt mágneses térbe helyezi, ami az ionokat gyűrű alakú áramlásra készteti a mágneses erővonalak körül a Lentz törvény értelmében. Innen kezdve a mágneses tér változásának sebessége adja meg, hogy mekkora áram folyik ebben a plazmagyűrűben. Valahogy így:

Field-Reversed_Configuration.svg.png

A képen a zöld vonalak mutatják a mágneses mező irányát, a piros nyíl pedig az áramét.

A Lockheed féle megoldás lényege, hogy a mágneses mezőt nagyon pontosan tudják kontrollálni, és így nagy nyomást tudnak elérni a plazmagyűrűben. Emellett a mágneses mezőt sikerült úgy kialakítaniuk, hogy a plazmára annál nagyobb visszatérítő erő hat, minél messzebb kerül a központi pozíciótól.

compact_fusion_reactor_diagram_0.png

Mivel olyan erős mágneses teret nem tudnak csinálni, amekkora elegendő áram generálta hőmérsékletet tudna nyújtani, ezért berakják az egészet egy mikrosütőbe, hogy  mikrohullámokkal rásegítsenek a plazma hevítésére, így már nemcsak a nyomás, hanem a hőmérséklet is ki van pipálva. Már ha működik. Mert azért vannak kételyek.

Először is, a Lockheed eddig nem igazán exponálta magát nukleáris kutatásokban. Ugyan egy fegyvergyártó cégről beszélünk, de az ő területük inkább a repülőgépek, lopakodó technika, űrhajózás volt, nem a fúziós reaktorok. Az is igaz viszont, hogy egy ilyen reaktor elképesztő logisztikai előnyöket biztosítana az Egyesült Államoknak úgy a hadászat, mint az űrkutatás terén, tehát végül is témába vág.

A másik érdekes szempont az, hogy a nemzetközi összefogással épülő - szintén mágneses tér + plazma elven működő - franciaországi ITER kísérleti fúziós reaktor olyan irdatlan összegekbe kerül, és olyan elképesztő kutatás-fejlesztés áll mögötte, hogy az némileg valószerűtlenné teszi azt, hogy egy cég félreeső laborjában, mintegy hobbiként pár tudós működőképes alternatívát tudjon kifejleszteni. Persze azért nem is elképzelhetetlen. Az ITER egy orosz elképzelés, a TOKAMAK továbbfejlesztett változata. Ilyen TOKAMAK hazánkban is működött, talán még mindig használják. Amikor egyetemista voltam a kilencvenes évek elején, fizikus szobatársam látta is működés közben. Egy óriási kondenzátorteleppel kellett indítani, olyan óriási volt az áramfelvétele. Viszont már akkor ott tartottak, hogy majdnem visszajött a betáplált energia, csak hőenergia formájában, amit viszont csak komoly veszteségekkel lehet elektromos vagy mechanikus energiává alakítani, tehát megette a fene az egészet.

A TOKAMAK reaktorok fő problémája az instabilitás, nem tudják a kialakuló plazmagyűrűt sokáig fenntartani, ráadásul igen bonyolult benne a mágneses mező kialakítása. A két dolog valószínűleg összefügg. A Lockheed  féle megoldás a Tokamakhoz képest sokkal egyszerűbb, valószínűleg ezért jobban kézben tartható.

Viszont a dologhoz hozzátartozik, hogy a TOKAMAK-ok (beleértve az ITER-t is) építése és működtetése során számos olyan probléma merült fel, ami a Lockheed féle megoldásnál is fel kell hogy merüljön. Itt elsősorban a magas hőmérsékletű plazma problémáira gondolok. 10 millió fok nem gyerekjáték. Ilyen plazma bármihez hozzáér, az abban a pillanatban elpárolog. Ezért ezt a plazmát izolálni kell, vákumban tartani, hogy semmivel se érintkezzen. A mágneses mező elvileg képes távol tartani a plazmát a reaktor falaitól, de még akkor is itt van a sugárzás, amivel meg kell küzdeni. Ezen a hőmérsékleten rengetegféle sugárzás hagyja el a plazmát. Infravörös, mikrohullámú, látható tartományba eső, ibolyántúli, de még röntgen és gamma sugárzás is. Ezeket mind árnyékolni finoman szólva nem kis feladat, és az ITER-ben óriási pénzeket költenek a probléma megoldására.

Ha tényleg sikerül ezt a reaktort kifejleszteni, akkor viszont egy-két évtizeden belül gyökeresen megváltozik az életünk. Nézzünk egy-két várható következményt.

- A kőolaj elértéktelenedik. Illetve továbbra is lesz némi szerepe, de ez gyakorlatilag a vegyiparra fog korlátozódni, aminek az igénye töredéke a mai felhasználásnak.

- A fűtés, utazás, tömegközlekedés mind áramalapú lesz. Elektromos autókkal fogunk járni, amelyek olcsó alumíniumból készülnek. Az alumíniumgyártás ugyanis az elektrolízis miatt drága, az alapanyagok olcsók, akár még sima agyagból is lehet csinálni.

- A gázkazánokat ki lehet dobni, hasonlóképpen a szélkerekekhez és napelemekhez. A gázvezetékeket felszedik, beolvasztják. Elektromos kemencében.

- A hadseregek lesznek az elsők, akik átállnak az új energiaforrásra. Náluk ez létkérdés. Az anyahajók és a tengeralattjárók mindenképpen,  de a cirkálók, a légi utántöltők és felderítőgépek is valószínűleg az elsők között lesznek, amelyek az új energiaforrást fogják használni. Ezeknél fontos az, hogy hosszú ideig az ellátóbázisoktól függetlenül tudjanak üzemelni.

- Háborúzni is lényegesen könnyebb lesz ezután, más kérdés, hogy az olajért indított háborúk megszűnnek.

- Oroszország csődbe megy. Valószínűleg szét is esik. Még ha el is lopják a technológiát - ami igen valószínű - akkor is. Ugyanis nem marad olyan árujuk a fegyvereiken kívül, amit bárki megvenne tőlük. 

- Hasonlóan járnak az arab olajállamok.

- A tengeri hajózás és előbb-utóbb a légi közlekedés is rendkívül olcsóvá válik, ezért a globalizáció felgyorsul.

- A repülőgépek visszatérnek a légcsavaros meghajtáshoz. A turbinás meghajtásnál hátrafelé kiáramló gáz szükséges, amit nem lehet árammal megoldani. Ellenben a reaktor által termelt árammal remekül lehet légcsavarokat hajtani.

- Az űrhajózásban a fúziós reaktorokat kombinálva az ion hajtóművekkel - még inkább a nemrég felfedezett és a NASA által hitelesített inerciameghajtással ( ez a meghajtás nem rakétaelven működik, ezért csak energiára van szüksége, üzemanyagra nem) tényleg reális közelségbe kerül a naprendszer meghódítása, az emberiség végre nagy méretekben is kiléphet az űrbe, és megtelepedhet másik égitesteken. Ugyanis ha energia van, minden van. Ez Gazz 1. törvénye.

- Nem lesznek házi erőművek. Ez a technológia nem alkalmas arra, hogy tömegek kezébe adják. Egyrészt itt is van azért sugárzás, még valamennyi radioaktív hulladék is, nem beszélve a szintén radioaktív trícium üzemanyagról. Viszont a mostani kevés nagy teljesítményű erőmű helyet inkább sok kisebb lesz, ami nagymértékben növeli az üzembiztonságot. Nem beszélve arról, hogy ezek az erőművek - szemben az atomerőművekkel - könnyen leállíthatóak.

Ez csak néhány szempont, de ezek alapján is könnyű belátni, hogy az életünk fenekestül felfordul, ha ez az erőmű megjelenik, úgyhogy tényleg fura, hogy ilyen kevés visszhangja volt ennek a bejelentésnek.


A végére a Lockheed videója:
 

 

 

 

 

2 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://gazz.blog.hu/api/trackback/id/tr326813109

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

nah-deen 2014.10.21. 21:54:21

Na, EZ jólesett. Jó a haladásról olvasni. Hiába van válság, a fejlődés nem áll meg. Sőt, elképesztő méreteket ölt. :-)