ITER

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A reaktor makettje (keresztmetszet)

Az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) egy nemzetközi tokamak (mágneses fúzió) kutatás-fejlesztési (K+F) projekt, melynek célja a jövőbeli villamos erőművek technológiájának kifejlesztése a mai plazmafizikai ismereteink továbbfejlesztésével. A jelenleg üzemelő leghatékonyabb plazmafúziós berendezésekkel, többek között a JET,DIII-D, EAST, TFTR, K-Star, JT-60, TCV és T-15 által felhalmozott tudásra fog épülni, de számottevően nagyobb lesz náluk, és a működtetéséhez szükséges energia itt már jóval kisebb lesz a konstrukció által termelt energiánál (a tervezett energiasokszorozási hányados Q=10, ellentétben pl. a jelenlegi rekordtartó JET-tel, ahol a legjobb Q=0.2 volt, azaz a betáplált energia ötödének megfelelő fúziós energiát termeltek).

2006. november 21-én az ITER 7 résztvevője formálisan is megállapodott a projekt finanszírozásában.[1]

A program várt időtartama 30 év lesz, melyből 10 évet az építés, és 20 évet a működés tölt majd ki.[1] Teljes költségvetése körülbelül 10 milliárd euró. Hosszas egyeztetések után a jelentkező franciaországi, japán, kanadai és spanyol helyszínek közül a franciaországi Cadarache-t választották ki helyszínnek. Jelenleg (2009. október) az építkezés már elkezdődött Cadarache-ban, az első plazmakisülés pedig kb. 2018-ra várható.

A tervek szerint az ITER körülbelül 500 MW fúziós teljesítményt fenntartására lesz képes legfeljebb 400 másodpercen keresztül (a második legnagyobb eszköz, a JET valaha volt legnagyobb teljesítménye 16 MW, kevesebb, mint 1 másodpercen át). Ezalatt körülbelül fél gramm deutérium/trícium keverék fúziója zajlik majd le a reaktortartály 840 m³ térfogatában. Noha az ITER már képes lesz fúziós energia előállítására, ezt még nem fogják áram termelésére használni, hanem a fúziós energiatermelés kivitelezhetőségét demonstrálandó kutatóberendezés lesz. A következő, energiát már ipari szinten is előallító fúziós reaktor a 2000 MW-os DEMO lesz.

Célok és remények[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A projekt hivatalosan deklarált célja, hogy „bizonyítsa a fúziós atomenergia békés felhasználásának tudományos és technikai kivitelezhetőségét”. Ezen belül számos specifikus cél van, amelyeket egy gazdaságos fúziós reaktor számára szükségesnek tartanak:

  • A külső fűtéshez képest pillanatszerűen 10-szer annyi fúziós eredetű hőenergia termelése (10-es Q érték)
  • Stabil állapotú (steady state) plazma létrehozása legalább 5-ös Q értékkel
  • Egy fúziós ütem fenntartása legalább 8 percig
  • Begyújtani egy "égő" (önfenntartó) plazmát
  • A fúziós erőművekhez szükséges technológiák kifejlesztése - a szupravezető mágnesek és a robotikai távfelügyelet is ide tartozik
  • Tríciumtenyésztési tervek ellenőrzése
  • A neutronpajzs és hő-hasznosítási technológia finomítása (a D+T fúziós reakció gyors neutronok formájában termeli a legtöbb energiát)

A reaktor működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lásd: magfúzió

A deutérium és a trícium magok egyesülése során belőlük egy hélium atommag (alfa-részecske) és egy nagyenergiájú neutron jön létre.

{}^{2}_{1}\mbox{H} + {}^{3}_{1}\mbox{H}  \rightarrow {}^{4}_{2}\mbox{He} + {}^{1}_{0}\mbox{n} + 17.6 \mbox{ MeV}

Habár gyakorlatilag a periódusos rendszer szinte minden, vasnál könnyebb izotópjának fúziója energiát termel, messze a deutérium-trícium (D-T) fúzió termeli a legtöbbet és igényli egyúttal a legkevesebb befektetést. Gyakorlatilag jelenleg még a gazdaságos D-T fúzió beindításához is olyan rendkívüli technikai nehézségeket kell leküzdeni, hogy várhatóan közel 50 év fejlesztés után is csak az ITER lesz az első, erre alkalmas reaktor.

A fiatal- és középkorú csillagok hatalmas mennyiségű, fúzió által termelt energiát sugároznak ki. Tömegarányt nézve (tömeg-energia ekvivalencia) a D-T fúzió háromszor annyi energiát termel, mint az U-235 hasadása, és sok milliószor több energiát a szén- és olaj égéséhez hasonló kémiai folyamatokhoz képest. A fúziós erőmű célja az, hogy ezt az energiát villamos energiatermelés céljára hasznosítsa. (Mindezt körrnyezetbarát és gyakorlatilag kimeríthetetlen módon: Levegőbe juttatott károsanyag kibocsátás nélkül, valamint radioaktiv hulladék sem keletkezik (potosabban kis felezési idejű és kis mennyiségű hulladék keletkezik, de ez veszélytelen és hamar veszélytelenné válik) a működés során, ellentétben a hagyományos (fissziós) az atomerőművekkel.) A fúziós reaktorok jóval biztonságosabbak a hagyományos atomerőműveknél, mert "veszély" esetén a reaktor önmagát állítja le, a magas hőmérséklet automatikus megszűnésésvel.)

A fúzió aktivációs energiája nagyon magas, mert mindkét atommag egy-egy protont tartalmaz, amelyek töltésük azonossága folytán taszítják egymást. Durva becslés szerint a magoknak körülbelül 1 femtométer (1 × 10−15 méter) közelségbe kell kerülniük az egyesüléshez, mert onnantól válik elég valószínűvé, hogy a kvantummechanikai alagúteffektus segítségével a magokat vonzó erős magerő legyőzi az elektromágneses taszításukat. Az ITER-ben ezt a közelséget a plazma erős felhevítésével érik el, miközben mágneses térrel összenyomják.

A magas hőmérséklet teszi lehetővé, hogy a magok elég kinetikus energiával rendelkezzenek a taszítóerő legyőzéséhez. Deutérium-trícium keverék esetén az optimális reakciósebesség 100 000 000 K nagyságrendű. A plazmát ohmikus fűtéssel hevítik fel erre a hőmérsékletre, azaz áramot vezetnek át rajta. Ez a fúziós reakcióban egyébként nem résztvevő, nagy sebességű részecskék belövésével, valamint rádió és mikrohullámú fűtéssel egészítik ki.

Történet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A projekt helyszíne

Az ITER története 1985-ben kezdődött meg egy Európai Unió, az USA, a Szovjetunió és Japán közti együttműködés keretében. Az Európai Uniót az EURATOM képviselte. A közben megszűnt Szovjetunió helyét Oroszország vette át.

Sok éves huzavona, tárgyalássorozat során idővel világossá vált, hogy a kezdeti tervek támogatás hiányában nem megvalósíthatóak. Ezért elkezdődött egy csökkentett költségvetésű ITER tervezése.

Kanada belépett a projektbe.

1999-ben az USA - feltehetőleg anyagi okokból - kilépett a projektből.

Végül bő másfél évtized után 2001-re sikerült a végleges tervek kialakítása. Újabb huzavona vette kezdetét, aminek már a finanszírozás megosztása és a helyszín voltak a fő pontjai.

2003-ban Kína is belépett a projektbe. Néhány hétre rá az USA visszatért, majd pedig Dél-Korea is belépett a projektbe. Kanada, feltehetőleg mivel világossá vált, hogy nincs esély rá, hogy ott épüljön fel az erőmű, kilépett.

2005 nyarára végül két lehetséges helyszín között kellett dönteni: a japán Rokkaso-Mura és a francia Cadarache között. Médiavillongásokkal is tarkított küzdelem indul meg, amit végül az zárt le, hogy a japán fél különböző előnyök fejében végül is beleegyezett a francia helyszínbe. Még az év végén belépett a projektbe India.

2006 végére formálisan is létrejött a reaktor megépítésével megbízott bizottság.

2007 október 24-én megalakult az ITER szervezete.

2008 őszén kezdődtek meg az építési munkálatok; az első plazmaműveletet 2016-ra várják. A projekt teljes élettartama előreláthatólag 30 év lesz, költségvetése körülbelül 10 milliárd dollár.

Annak lehetőségét, hogy az ITER mindjárt kereskedelmileg is hasznosítható energiát termeljen, elvetették. A jelenlegi elképzelések szerint 2050 körül várható az első ipari fúziós erőmű, a DEMO elindulása, és az ezt követő körülbelül 30 évben a fúziós energiatermelés széles körű elterjedése.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A projekt hivatalos honlapja: http://www.iter.org