Új Szó - Vasárnap, 1978. július-december (31. évfolyam, 27-52. szám)
1978-07-23 / 30. szám
pV J * TUDOMÁNY ■■■■■■■■■MMMMMMMIIIIIilliiiM 'mi e s TECHNIKA A MAGFÚZIÓ - A JÖVŐ ENERGIAFORRÁSA Századunk második felében az iparosítás és az energiafelhasználás oly nagy méreteket öltött, hogy az emberiségnek szembe kell néznie egy létfontosságú kérdéssel: a hagyományos fűtőanyagok véges voltával. Ezért váltak szükségessé azok a lépések, amelyek új típusú energiaforrások kutatására irányulnak. E probléma keletkezésével csaknem egybeesett a modern fizika gyors fejlődése, az atom és az atommag titkainak megismerése, s az így keletkezett modern tudományág rá is mutatott a megoldás lehetséges módjaira. Amíg a hagyományos fűtőanyagok vegyi reakció (oxidáció) útján termelnek hőt, addig a magfizikusok a magátalakulások során felszabaduló hőt kívánják az energiatermelés szolgálatába állítani. Mivel az atommagban gigantikus energiák rejtőznek, a hagyományos fűtőanyaghoz viszonyítva elenyésző mennyiségű nyersanyag szükséges ugyanannyi energia előállításához. Gyakorlatilag kétfajta magátalakítás lehetséges. Maghasadásnál valamely nehéz elem (pl. urán, plutónium-izotóp) atommagjába energiát juttatva az atom két könnyebb elemre hasad szét, nagy mennyiségű hő- és sugárzási energia kibocsátása mellett. Ezen az elven működik az atombomba, s ez az alapja a szabályozott reak- ciójú atomerőművek működésének is. Energiatermelésre való felhasználásuk szükségszerű, mivel már napjainkban is jelentős szerepük van az energiaellátás gondjainak megoldásában, ami a jövőben tovább növekszik. Kétségtelen hátrányuk azonban, hogy lassan el- bomló radioaktív hulladékok keletkeznek a reakció mellék- termékeként, amelyek egy résszé ugyan dúsítás után újra felhasználható, más részét azonban — jelentős anyagi ráfordítással — emberlakta vidékektől távol eső helyen, ún. atomtemetőkbe sülyesztik. Mindamellett az energiatermelésnek ez a formája is csak átmeneti jellegű, mivel a maghasadáson alapuló energiatermelés számára alkalmas nyersanyagok mennyisége szintén véges. Az előbbiekben említett okok miatt a kutatók figyelme hamarosan a magfúzió felé Irányult. Az egyszerűnek látszó magfizikai folyamatban köny- nyű elemek — a hidrogén izotópjai (deutérium, tricium) — atommagjait kell egyesíteni. Az így kelekezett új atommag (hélium) tömege kisebb a reakcióban részt vevő magok tömegeinek összegénél. A tömeghiány energia formájában jelenik meg. Ez a folyamat a gyakorlatban nagyon nehezen valósítható meg. Az Intenzív kutatások már harminc éve folynak a laboratóriumok falai között. A legújabb eredmények azonban olyan biztatóak, hogy minden bizonnyal egy évtizeden belül az utolsó akadályok is elgördülnek a magfúziós erőművek gyakorlati alkalmazásának óljából. Magfúzió csak nagyon magas hőmérsékleten jöhet létre, amikor az anyag már plazmaállapotban van. Plazma a mindenki által jól ismert villámlás is, s a világmindenség anyagának mintegy kilencven százaléka plazma állapotú, valamennyi csillag, így Napunk is az. Az anyagot hevítve a plazmává való alakulás során egyre lazább lesz a kötés az atommag és elektronjai között, egy kritikus hőmérsékleten az elektronok leszakadnak és önálló mozgást kezdenek. Ennek következtében az eddig semleges anyag pozitív töltésű atommagok és negatív töltésű elektronok (rendszertelen (kaotikus) mozgású „keverékévé“, plazmává alakul. A plazma tehát elektromos töltésű részecskékből áll, melynek önálló mágneses tere van, s kölcsönhatásba kerülhet a külső mágneses térrel. A teljes plazmaállapot kb. tízmillió C°-os hőmérsékleten következik be. Az ilyen magas hőmérsékleten a plazmát körülvevő anyag is elpárolog, ezért földi körülmények között csak különleges mágneszsákokban (mágnescsapda) válik lehetségessé az ilyen magas hőmérsékletre való hevítés. A magfúzió beindításához meghatározott mennyiségű részecskének kell lennie a mágneszsákban, a plazmának pedig nem szabad egy bizonyos ideig lehűlnie vagy szétesnie. A plazmahevítéshez óriási energiabefektetés szükséges. A termonukleáris erőmű megépítésének azonban csak akkor van értelme, ha az energiatermelő folyamat hasznos, tehát ha a befektetett energia kisebb, mint amennyit az erőműből nyernek. A nagy hőmérsékletre felhevített plazmába olyan mennyiségű energiát kell juttatni, hogy a deutérium (vagy deu- térium-tricium keverék) atommagjai oly erővel ütközzenek egymásnak, hogy héliummá alakuljanak át. Eközben óriási mennyiségű energia szabadul fel. A „belövés“ módját tekintve szakaszos és folyamatos üzemeltetésű reaktorokkal kísérleteznek. A szakaszos üzemeltetés általában lézersugárral történik, ennek úttörője Nyikolaj Baszov akadémikus, Nobel-díjas szovjet kutató, a lézertechnika egyik megalapozója. Kísérleteinél a plazmát mágneses térrel szakaszosan kis térfogatúra nyomják össze, majd lézersugár-impulzusokkal bombázzák. A lézer nagy problémája azonban, hogy a bevitt energiának csak egy százalékát alakítja át sugárzássá, s a sugár fotonjai nem képesek a céltárgy mélyebb rétegeibe hatolni. A jelenleg már működő szakaszos reaktor még csak a befektetett energiát adja visz- sza. A kutatások természetesen tovább folynak. A szakaszosan történő gyújtás mellett komoly kutatások folynak a moszkvai Lebegyev Fizikai Intézetben a folyamatos gyújtású reaktorokkal. Ebben az esetben elemi részecskéket — elektronokat, protonokat stb. — juttatnak a plazma belsejébe, így próbálják elérni, hogy a plazma energiatartalma (illetve hőmérséklete) emelkedjék. Az energia- tartalom növelése a besugárzó részecskék mozgási energiájának növelésével érhető el. A „részecskenyalábokat“ gyorsítóberendezésben állítják elő, tehát a kutatások nagymértékben függnek az egyre nagyobb teljesítményű gyorsítók építésétől. Az eredmények biztatók, mivel, a sugárnyaláb hatásfoka eléri a tíz százalékot. Emiatt szerte a világon egyre intenzívebben folyik a kutatás az elektromos részecskenyalábbal történő hevítés Irányában. Az eredmények máris egy új tudományág, a plazmaelektronika megszületéséhez vezettek. A fúziós energia kutatásában minden bizonnyal ez ideig a legmesszebbre a szovjet TOKA- MAK XOroidális KAmra Mágneses Kompenzációval) jutott. Jelenleg két ilyen berendezés működik, a T—10 a moszkvai Kurcsátov Atomenergetikai Intézetben, a PLT pedig Prince- townban, az Amerikai Egyesült Államokban. A kutatók rájöttek, hogy a plazma élettartamát a tokamakok méreteinek növelésével lehet meghosszabbítani. A kutatások meggyorsítása érdekében a közeljövőben négy új tokamakot kezdenek építeni szerte a világon. A T— 20-at a Szovjetunióban, a JT— 60-at Japánban, a JET-et Nyu- gat-Európában (Euratom), a TFTR-t pedig az Egyesült Államokban. A kutatók a legnagyobb eredményeket a T—20-tól várják, mivel plazmagyűrűjének sugara 5 méter lesz, míg a többié csak 2,5—3 méter. A plazmahevítést és a magfúzió beindítását egyre nehezebb elemek atommagjainak sugárnyalábjával végzik, hogy ezzel is növeljék a sugár mozgási energiáját, illetve a plazmába bevitt energiamennyiséget. A kutatások tovább folynak, s most már szinte biztosra vehető, hogy sikerül megoldani az energiatermelésnek azt a módját. A fúziós reakció előnyei pedig óriásiak. A reakció folyamán nem keletkeznek kémiai szennyezőanyagok, így az erőmű akár egy város közepére is telepíthető. Az üzemanyag korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre, mivel a világóceánok óriási mennyiségben tartalmaznak nehéz hidrogénizotópokat — triciumot és deutériumot. Mindamellett ezek az erőforrások minden nemzet számára hozzáférhetők. A vízben található nehézizotópok számát a szakemberek oly nagyra becsülik, amely néhány billió évre elegendő energiát szolgáltathat, tehát a termonukleáris erőmű gyakorlatilag örökre megszabadítaná az emberiséget az energiagondoktól. OZOGÁNY ERNŐ Atomenergiai hulladékok — aranyban Arannyal, méghozzá tiszta arannyal tervezi megoldani Gösta Wranglén svéd professzor az atomenergia-ipar hulladékainak problémáit. Az atomerőmüvek hulladékai két csoportba sorolhatók: a veszedelmesek és a még veszedelmesebbek csoportjába — érvel Wranglén professzor. Ez utóbbiakból szerencsére olyan kevés keletkezik, hogy minden további nélkül megoldható arannyal való becsomagolásuk. A nagyon veszélyes hulladékok közé tartoznak a transzuránok. Belőlük olyan kis meny- nyiséget kell eltemetni a használt urán fűtőanyag újrafeldolgozása után, hogy az 1 milliméteres aranyréteg az acéltartály körül csupán fillérekbe kerülne az előállított kilowattórákra számítva. És ez az aranyburok örök időkre védelmet nyújtana. Wranglén professzor javaslata szerint a transzurán hulladékot acéltartályokba kellene helyezni. Ezeket ólommal és kadmiummal bélelnék ki, így gyakorlatilag kizárnák a sugárzás áthatolását. Az acélhengereket azután arannyal, rézzel és aszfalttal vonnák be és végül nagy mélységben eltemetnék a földben. A föld alatti üregekben hosszú évek, évtizedek során áthatolna a talajvíz a réz- és az aszfaltrétegeken, de további áthatolását megakadályozná az arany. Az arany közismert tartóssága szavatolja a nukleáris temető biztonságát örök időkre — állítjja Wranglér professzor. (delta) 1975-ben helyezték üzembe a Kurcsátov Atomenergetikai Intézetben a Tokamak-10 nevű termonukleáris készüléket. Ez a reaktor energiát még nem termel, de előállítható benne a leendő energetikai berendezésekhez szükséges plazmahőmérséklet és -sűrűség. A Tokamak-10 berendezésen végzett technológiai kísérletek arra irányulnak, hogy megvizsgálják az önfenntartó termonukleáris reakció lehetőségét, kidolgozzák a plazma hevítésére, fenntartására és mérésére szolgáló rendszereket A HIDROGÉN HONFOGLALÁSA A holnap világa két fő forrásból teremti majd elő energiaszükségletét: atommagok hasadásából és egyesüléséből, tehát magenergiából, valamint hidrogénből — jósolja Valerij Legaszov, a moszkvai Kurcsátov Atomenergeiikai Intézet helyettes igazgatója. A hid- •ogén, amely háromszor annyi energiát ad, mint az azonos súlyú kőolaj, lassan átveszi majd a kőolaj és a földgáz, a szén és még a villamosság jelenlegi funkcióinak jelentős részét is. A fosszilis fűtőanyagoktól eltérően a hidrogén energetikai felhasználása nem termel környezetszennyező termékeket —■ elégetve csak víz jön létre belőle, amely azután része lesz a Föld globális vízkörforgásának. Ám szabad hidrogén nincs a természetben jelentős mennyiségben, ezért az óceánok vizéből kell majd előállítani atom- és termonukleáris energia segítségével. A szén vagy a napenergia felhasználása hidrogén előállítására nem valószínű — jelentette ki Legaszov professzor. A széné azért nem, mert akkor ismét szembe kellene nézni a széntüzelésű erőművek környezetszennyező hatásával, a napenergiát pedig csak meghatározott övezetekben lehetne erre a célra hasznos munkára fogni. A kevésbé napsütötte vidékeken sokkal gazdaságosabb a tenger mellett nukleáris erőműveket építeni és azután a villamos energiát szállítani nagy távolságra. Atomerőmű bárhova telepíthető — mondja Legaszov professzor. Az a fontos, hogy a nukleáris fűtőanyag energiája közvetlenül hőenergia formájában szabadul fel. Ez lehetővé teszi, hogy a mai kitérők jelentős részét megtakarítsuk: nem kell fémet hevíteni a reaktorban, a termelt hőt átadni a víznek, gőzzé alakításához, a gőzt a turblnalapátok forgatására felhasználni és legvégül a generátorral villamos energiát fejleszteni. Eközben hatalmas meny- nyiségü energia vész el és a veszteség ártalmára van környezetünknek is. A hidrogén a repülőgépek hajtására is felhasználható, kevés műszaki változtatással. A hajtóművekben nincs is szükség változtatásra, a hidrogén egyaránt eltüzelhető a sugárhajtóművekben és a rakétákban. A gépkocsizásban is megkezdődött már a hidrogén honfoglalása. Harkovban olyan moszkvicsokkal és Volgákkal kísérleteznek, amelyeket hidrogénüzemre állítottak át. Főként a tárolás kérdéseit kell még megoldani. Vajon melyik a jobb: cseppfolyós hidrogénnel feltölteni a gépkocsi tartályát, vagy magában a gépkocsiban vízből előállítani a hidrogént? Vizsgálják a hidrogén-benzin keverék felhasználásának lehetőségeit is. Két éven belül ilyen tehergépkocsik dolgoznak majd a kurszki külszíni bánvákba’i, ahol eddig mérgező égésgázok gyűltek össze — sok zavart okozva — a külszíni bányák mélyén. Ez csak egyetlen példa rá, hogy milyen minimális változást igényel a hidrogén honfoglalása az ipar szerkezetében —, érvel Legaszov professzor. Századunk végén már a Jól kipróbált és bevált nukleáris reaktorok állítják majd elő a világ energiatermelésének megközelítően a felét. A hidrogéngyártás, tárolás és szállítás technikája gyorsan fejlődik, és ezt a fejlődést követi a gépek, tűzhelyek, konyhai berendezések, fűtőrendszerek, valamint jelenleg kőolajjal, földgázzal vagy szénnel működő más berendezések átalakulása is. Még sok a teendő a hidrogén trónra lépéséig — véli Legaszov professzor —, de korunk technikája már lerakta a siker alapjait. 1978. VII. 23 16
