Kezdhetünk izgulni, hogy összejön? Elhárult a kompakt fúziós reaktorok építésének legnagyobb akadálya

Közel három évvel a teszt elvégzése után az MIT kutatói az IEEE Xplore folyóiratban egy átfogó elemzést tettek közzé nemrégiben, amelyben validálják a rekordot megdöntő szupravezető mágneses technológiát, ami kulcsfontosságú a korlátlan tiszta energiát előállító kereskedelmi reaktorok építésében – írja a ReadWrite.

Igazi áttörés technológiai és üzleti értelemben is

„Egyik napról a másikra közel 40-szer kisebbre változtatta meg a fúziós reaktorok wattonkénti költségét. Most már a fúziónak van esélye arra, hogy gazdaságos legyen” – mondta Dennis Whyte, az MIT Plazmatudományi és Fúziós Központjának korábbi igazgatója az új mágnesekről szólva.

A magfúzió – a könnyű atomok nehezebb atomokká való átalakulási folyamata – energiával látja el a Napot és a csillagokat, de ennek a folyamatnak a Földön való hasznosítása komoly kihívásnak bizonyult. Több évtizednyi kemény munka és sok milliárd, a kísérleti eszközökre elköltött dollár vezetett odáig, hogy ma már a határán vagyunk az ipari méretű fúziós reaktorok előállításának. A régóta keresett, de még soha el nem ért cél egy olyan fúziós erőmű építése, amely több energiát termel, mint amennyit fogyaszt. Egy ilyen erőmű anélkül tudna villamos energiát termelni, hogy üzem közben üvegházhatású gázokat bocsátana ki, és nagyon kevés radioaktív hulladék keletkezne. A fúziós üzemanyag a hidrogén egy formája, amely tengervízből származhat, és gyakorlatilag korlátlanul hozzá tudunk férni.

Kifejlesztették a világ első szupermágnesét, ami rögtön áttörést ígér a magfúzióban

Ahhoz, hogy ez a rendszer működjön, az üzemanyagot rendkívül magas hőmérsékleten és nyomáson kell összepréselni. Mivel egyetlen ismert anyag sem tudna ellenállni ilyen hőmérsékletnek, az üzemanyagot rendkívül erős mágneses mezőknek kell a helyén tartaniuk. Ilyen erős mezők előállításához szupravezető mágnesekre van szükség, de az összes korábbi fúziós mágnes olyan szupravezető anyagból készült, amely az abszolút nulla (4 kelvin vagy -270 Celsius-fok) feletti körülbelül 4 fokot kívánt a működéséhez. Az elmúlt néhány évben a fúziós mágnesekhez egy újabb, REBCO néven ismert anyagot adtak a fúziós mágnesekhez, ami lehetővé teszi, hogy 20 kelvinnél működjenek. Ez a hőmérséklet még mindig nagyon alacsony, de annak ellenére, hogy csak 16 kelvinnel melegebb a korábbiaknál, jelentős előnyökkel jár a gyakorlati tervezésben. Az így alkalmazható „szigetelés nélküli” kialakítás rendkívül stabilnak bizonyult, továbbá egyszerűsítette a gyártást.

A szigetelés megszüntetése a mágnest alkotó vékony, lapos szupravezető szalagok körül nagyon kockázatosnak nézett ki. Mint gyakorlatilag minden elektromos vezetéket, a hagyományos szupravezető mágneseket is szigetelőanyag védi, hogy megakadályozza a vezetékek közötti rövidzárlatot. De az új mágnesben a szalag teljesen csupasz maradt. A mérnökök a REBCO sokkal nagyobb vezetőképességére hagyatkoztak, hogy az anyagon átfolyjon az áram. És ez bevált – számolt be az MIT híroldala.

„A mágnesfejlesztési projektünk a [kísérleti] padon kezdődött, és rövid idő alatt teljes méretarányúvá vált” – jelentette ki Zach Hartwig, a mágnes fejlesztése mögött álló mérnökcsoport vezetője. Hozzátette: a csapat egy hozzávetőleg 10 tonnás mágnest épített, amely valamivel több mint 20 tesla tartós és egyenletes mágneses mezőt produkál. Ez pedig messze meghaladja az eddigi legerősebb mágneses mezőt, amit nagy méretű berendezéssel előállítottak.

A túlterhelést is kibírta

A szigorú tesztelési folyamatban a kutatók több futtatás során a mágnest szándékosan a határain túlterhelték, hogy „kioltást” idézzenek elő. Ez egy szándékos túlmelegedés, amely a legrosszabb üzemi körülményeket szimulálja. Figyelemre méltó módon, a mágnes túlnyomó többsége minimális károsodással vészelte át ezt az indukált meghibásodást.

„Ez a teszt valójában pontosan megmondta nekünk, milyen fizikai folyamatok zajlanak, és azt is, hogy mely modellek hasznosak a továbbiakban” – jelentette ki Hartwig.

Az átfogó adatok igazolták a csapat számítógépes modellezését és tervezési megközelítését, ami megnyitotta az utat a technológia méretnöveléséhez a SPARC, azaz a kompakt fúziós berendezés számára, amelyet az MIT spinout Commonwealth Fusion Systems (CFS) vállalat épít.

Mind az MIT, mind a CFS az akadémiai és a magánszektor erősségeit egyesítő szoros együttműködésüknek tulajdonítja, hogy rövid időn belül sikerült ezt az ugrást elérni. Az MIT fúziós létesítményeinek több évtizedes szakértelme szintén kulcsfontosságú tudást és képességeket adott hozzá a projekt sikeréhez.

„Ez egy ilyen hely intézményi képességeinek a lényegét érinti. Megvoltak a képességeink, az infrastruktúránk és az embereink ahhoz, hogy ezeket a dolgokat egy fedél alatt végezzük el” – mondta Hartwig.