Új Szó - Vasárnap, 1979. január-június (12. évfolyam, 1-25. szám)
1979-05-20 / 20. szám
TUDOMÄNY üiliílflliililHüi G Sí TECHNIKA H ogyan gyújthatnánk meg a Földön egy mesterséges Napot, amely kimeríthetetlen energiaforrássá válna? Hogyan változtatható át a hidrogén-atommagvak gyors szintézise, amelyet a világ a hidrogénbomba-robbantás formájában már megismert, lassú és mérsékelt izzássá? A csillag egy részéinek meg- zabolázása eleinte fantasztikus, elérhetetlen gondolatnak tűnt, a „jégedényben való vízforralás“, vagyis a mágneses térből készített edény ötlete azonban már 1950-ben felmerült, s ez reálissá tette az elképzelés megvalósítását. Csaknem harminc év telt ei. azóta. Jelenleg már több mint ötezerre becsülhető azoknak a kutatóknak a száma, akik világszerte, főleg a Szovjetunióban, az Egyesült Államokban, Franciaországban, Japánban, de nálunk Is a termonukleáris energia problémájával foglalkoznak. Ebben a számban pedig nem is szerepelnek azok a mérnökök, matematikusok, elektrotechnikusok stb., akik közvetlenül segítséget nyújtanak ehhez a kutatási irányzathoz. A Szovjetunióban folyó munkák egyik vezetője, B. Kadom- cev akadémikus a jelenlegi helyzetet az Oj Világ felfedezésére indított kolumbuszi hajózáshoz hasonlította, pontosabban annak ahhoz a szakaszához, amikor a sok irányváltoztatás után a hajó személyzetén kezdett erőt venni a fáradtság: egyesek teljesen feladták a reményt, hegy egyáltalán célhoz érnek, mások még 'kitartóan figyelték, nem tűnik-e fel a messzi távolban az ismeretlen szárazföld hosszú csíkja. Nos és a harmadikok? ök már érezték a partról érkező szelek Illatát, s már arra gondoltak, hogy mi lesz az első feladat a szerencsés kikötés után ... Az optimisták bíznak benne, hogy a termonukleáris kutatás hajója fél évszázadnyi út végén kiköt a bőséges és olcsó energiaforrás partjainál, s az évszázad végére elkészül a működő kísérleti termonukleáris reaktor. Az amerikai energetikai minisztérium egyik képviselője nemrég kijelentette, hogy az első termonukleáris erőművek megjelenésére a 2000—2010-es években lehet számítani, s szélesebb méretű ipari kihasználásukra a 2025— 2030-as években kerülhet sor. Az irányított termonukleáris reakció megvalósításához három alapvető feltételére van szükség. Egyrészt arra van szükség, hogy a plazma hőmérséklete elérje a 100 millió Kelvin-fokot. Ugyanakkor a plazmasűrűség legalacsonyabb szintje köbcentiméteremként legalább 100 000 milliárd részecske (1014). A harmadik feltétel a legfontosabb — az említett hőmérsékletű és sűrűségű plazmát legalább egy másodpercig kell fenntartani. A gyakorlatban e követelmények elérése rendkívül bonyolult feladat. A két koroponensü deutérium-tríclum plazma használata például sokkal előnyösebb, mintha tisztán deutériumot alkalmaznának, amelyet 300 millió fokra kellene felhevíteni. Ugyanakkor a Na.pban a termonukleáris égés eléréséhez 20 millió fok is elegendő. Az első kísérletek 100 000 foknál kezdődtek, amit tehát körülbelül ezerszeresére kel! növelni. Ennél sokkal igényesebb feladatot jelent a kezdeti plazmasűrüség és fennmaradási idő mintegy milliószoros növelése. A feltevések szerint a kívánt eredmények eléréséhez több út is vezethet — a mágneses edények csak az egyik lehetőséget jelentik. Az egyik neves szovjet fizikus, L. Arcimovics szavai szerint eleinte senki sem tudhatta, hogy a fának melyik ága érleli be a hőn óhajtott aranyaimét. Egyelőre azok ju-' tottak a legtávolabb, akik mágnesfalak között akarják a plazmát meggyújtani. Biztatóak azonban azok a kutatások is, amelyek lézersugár-impulzusok segítségével törekednek a termonukleáris reakció elérésére, bár ügy tűnik, hogy a gyorsított atomrészecskék nyalábjai hatékonyabban célhoz vezetnek. Az egyik irányzat, amellyel a moszkvai Kurcsatov Atomenergetikai Intézetben 1958 óta foglalkoznak, illetve az itt alkalmazott berendezés a különlegesnek tűnő takarnak nevet kapta. Ez az elnevezés a francia tokamakon 1974-ben 20 millió Kelvin-fokot értek el, s 2.1012 sűrűségi értéket elérve a 10H értékű végső célhoz is közelebb jutottak. A Szovjetunióban 1975 közepén helyezték üzembe a T 10 berendezést, amely a 13 millió fokú plazmát 0,06 másodpercig tartotta fenn, 7—8.1013 sűrűségi érték mellett. Ez a berendezés jelenleg újjáépítés alatt áll, különböző kiegészítő módszerekkel, például gyorsatomok belövésével fokozni akarják a paramétereit, főleg a hőmérsékletet. Az amerikai PLT fél évvel fiatalabb a szovjet T 10 berendezésnél, felépítése körülbelül 14 millió dollárba került. Nem sajnálták azonban további 9 A Tokamak—10 berendezést 1975-ben helyezték üzembe a moszkvai Kurcsatov Atomenergetikai Intézetben. A 13 millió Kelvinfokú plazmát 0,06 másodpercig tartotta fenn MIKOR GYÚLNAK KI A FÖLDI CSILLAGOK? toroid, a kamra (oroszul kamera) és a mágnes szavak első szőtagaiból tevődik össze. A tokamak készülékeket 15 éven át kizárólag csak a Kurcsatov Intézetben tökéletesítették és fejlesztették, ahol 1968- ban és 1969-ben a Tokamak-3 berendezésben már 7—8 millió Kelvin-fokot sikerült elérni, éspedig a másodperc két százaidrésznyi ideje alatt Ez az eredmény világszerte nagy visszhangot keltett, s ma már több mint 50 tokamak'kal folytatnak kísérleteket az egyes országokban. Egyre több fizikus tartja célravezetőnek ezt az utat. Az Egyesült Államokban Prince- tonba.n a PLT berendezés segítségével már a 60 millió Kelvin-fokot is elérték. Meg kell jegyezni, hogy ez a berendezés is tokamak rendszerű. Az első nemzedéket felváltotta a második, s most a tokamakok harmadik nemzedéke bizonyítja, hogy mire képes. A francia TFR, a szovjet T 10 és az amerikai PLT ismét megerősítették a kutatók optimizmusát. A millió dollárt elkölteni egy kiegészítő injektorra, hogy a hőmérsékletet az eredetileg tervezettnél magasabb szintre emeljék. A kísérletek első sorozatában 1978 márciusában 25 millió fokot értek el. A nyár folyamán még két további injektort szereltek a berendezéshez semleges részecskék belövésére a hőmérséklet növelése céljából. Ezek segítségével 40 millió Kelvin-fokra számítottak, a valóságban azonban meglepő eredményt, 60 millió Kelvin-fokot értek eí. Ez a 60 millió Kelvin-fok csúcseredménynek számít a tokamak rendszerű berendezéseknél. Igaz ugyan, hogy lézersugarak segítségével sikerült már elérni 130 millió fokot is, s a mi kutatóink is képesek elérni 100 millió fokot a termonukleáris szintézissel kapcsolatos kísérleteik során, a Princenfonban elért eredménynek azonban szélesebb jelentősége van. Bebizonyosodott ugyanis, hogy a berendezés méreteivel együtt nemcsak a A tervezett Tokamak—20 keresztmetszete. Az egész berendezés egy nagy transzformátorhoz hasonlít. A képen jól látható a plazmakamra, amelyet a horizontális mágneses tér tekercsei vesznek körül. Középen van a vasmag függőleges hasábja. További fontos tartozékok a vákuumszivattyúk, a neutronsugárzással szemben védő köpeny hőmérséklet, hanem a plazma stabilitása is növelhető. Nincs még szó azopban végleges megoldásról, ahogy azt egyes nyugati lapok eltúlzpttan és helytelenül hangoztatták. Csupán az derült ki, hogy helyes úton jár a kutatás. Ka- domcev _ szovjet akadémikus egyébként így kcmmentáíta az amerikai sikert: „Az amerikai fizikusok kétségkívül je’entős eredményt értek el: a 60 mii- lió Kelvin-fok már elegendő a termonukleáris reakció intenzív folyamatához. Ahhoz azonban, hogy a termonukleáris tüzelőanyagot meggyújihassük, ezt a hőmérsékletet a szükséges ideig meg Is kell őrizni. Csak ennek elérése után mondhatjuk, hogy megoldottuk a termonukleáris reakció problémáját.“ A tüdősek és a mérnökök azonban ezt követően is törhetik még a fejüket. Az első ipari termonukleáris reaktorok feltételezett teljesítménye 5000 megawatt lesz, s a keletkező energia elvezetésének problémája máig sincs megoldva. A tüzelőanyag tisztasága is problémát jelent, hiszen már néhány százaléknyi könnyű elem — szén, oxigén, — vagy pedig a nehéz elemek — molibdén, volfrám stb. — tízezredrésznyi jelenléte is kellemetlenül korrodálhatja a reaktor falát. Az is komoly fejtörést okoz, hogy miként juttatják a trícium-deu- térium tüzelőanyagot a reaktorba. A " kutatók elképzelései szerint lézersugarak segítségével lőnék be a kemény lítiumba burkolt hasznos tüzelőanyagot. Ezek a miniatűr rakéták másodpercenként 5 kilométeres kozmikus sebességgel repülnének a reaktor belsejébe, s olyan parányi méretűek lennének, hogy a reaktor lüktetése csupán néhány százaléknyi legyen. A legnagyobb problémát azonban az jelenti, hogy milyen anyagból készüljön a reaktor fala, melynek minden négyzetcentiméternyi felületére a 20 évre feltételezett élettartam alatt a neutronok trillióinak tízezrei hatnak. Egyelőre nem ismerünk olyan anyagot, amely kibírná ezt a megterhelést. Talán a vaná- dium alkalmas lenne, de honnan teremtenénk elő a szükséges több millió tonnát? Még mindig érvényesek tehát L. Arcimovics szovjet .akadémikus 1969-ben elhangzott szavai, melyek szerint a termonukjöá- ris reaktor igényei meghaladják jelenlegi technikai lehetőségeinket. Mindennek ellenére a tokamakok iránti bizalom az utóbbi időben annyira megnőtt, hogy egyszerre négy országban is jelentős összegeket teremtettek elő a tokamakok negyedik nemzedékének megépítésére. Ezek a berendezések már valóban gigantikus méretűek lesznek. Amíg például a sikeres szovjet T 10 plazmatérfogata 5 m3 volt, a tervezett amerikai TFTR és a japán JT 60 berendezés 60 m3 térfogatú lesz, az európai államok JET elnevezésű tokamak- jának plazmatérfogatát pedig 200 m3-re, a szovjet berendezését pedig 400 m3-re -tervezik. Az amerikai körülbelül 240 millió dollárba fog kerülni, s a tervek szerint 1985-ben helyezik üzembe. Rabinovics profesz- szor 1977 szeptemberében az irányított magfúzióról és a plazmafikáról tartott 8. prágai konferencián kijelentette, hogy a szovjet T 20 berendezés üzembe helyezését eredetileg 1983-ra tervezték, de csak később készül el. Ennek az 500— 600 millió rubel értékű beruházásnak a megvalósítása bizony nem csekély feladat. Az említett berendezések segítségével el kellene hárítani az útból a termonukleáris reakció megvalósításának utolsó akadályait is, vagy legalábbis annak közvetlen közelébe kellene jutni. Ezeket már olyan berendezések követnék, amelyek már hatékonyan termelnék a villanyáramot. Mivel a négy termonukleáris nagyhatalom, a Szovjetunió, az Egyesült Államok, az Euratom és Japán külön-külön utakon járva egymástól némileg eltérő, de azonos alapelven működő berendezéseket — tokama- kokat — tervez, nagy figyelmet keltett az a szovjet javaslat, hogy építsenek inkább egyetlen nemzetközi kísérleti reaktort, amelyben közösen kihasználnák a partnerek eddig elért tapasztalatait. Ez az együttműködés lényegesen közelebb hozná a kitűzött cél elérését, az irányított termonukleáris reakció megvalósítását. A szaklapok egyre gyakrabban teszik fel a kérdést, hogy a magfúziós kutatás vajon a nemzetközi együttműködésnek újabb alapvető területét fogja-e képezni. A szovjet T 10 berendezéssel 1976-ban, valamint az amerikai PLT berendezéssel 1978-ban elért eredmények azt bizonyítják, hogy a magfúzió megvalósul. Csupán az a kérdés; milyen könnyen és milyen áron? A nemzetközi együttműködés kedvező választ adhatna erre a kérdésre. I1B) ITechnické novinyl 1979. V. 20. N C/3 16
