Rangos szakértői csoport tagjaként vizsgálta a kísérleti fúziós erőmű megvalósításának aktuális kérdéseit a BME TTK egyetemi tanára

„A Nap energiatermelését adó fizikai folyamat, vagyis a könnyű atommagok magfúziója régóta foglalkoztatja a tudományt: ha a fúziót a földi energiatermelés szolgálatába lehetne állítani, akkor az emberiség folyamatosan növekvő energiaigényének kielégítésébe a megújuló energiahordozók és a maghasadásos láncreakción alapuló atomenergia mellé egy újabb környezetkímélő, üvegházhatású gázok kibocsátásától mentes energiatermelési mód kapcsolódhatna be” – emelte ki a bme.hu kérdésére Aszódi Attila, a BME Természettudományi Kar (TTK) Nukleáris Technikai Intézetének egyetemi tanára. A kutató a közelmúltban rangos nemzetközi szakértői csoport tagjaként vizsgálta az új típusú fúziós reaktor megvalósításának lehetséges lépéseit.

A fúziós kutatások fókuszában eddig elsősorban a plazmafizikai kérdések álltak. Jelenleg nemzetközi összefogással zajlik az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) reaktor építése, melynek célja, hogy a plazmafizikai és fúziós technológiai ismereteket bővítse az eddigi legnagyobb méretű plazmafizikai berendezésben (tokamakban.) Az ITER-ben az 500 megawatt fúziós teljesítmény mellett több száz másodpercig kívánják fenntartani a százmillió fokos hőmérsékletű plazmát úgy, hogy a fúzió által megtermelt energia mintegy tízszerese legyen annak az energiának, ami szükséges e plazma fűtéséhez. Az ITER a franciaországi Cadarache-ban épül, az Európai Unió mellett Japán, Kína, Oroszország, Dél-Korea, India és az Amerikai Egyesült Államok közreműködésével. A reaktorhoz nem kapcsolódik villamosenergia-termelési körfolyamat, a plazma által megtermelt hőt a plazmafizikai kísérletek során további hasznosítás nélkül elvezetik majd a környezetbe.

Habár az ITER működésbe lépéséhez még szükség van néhány esztendőre, az Európai Unió már sok éve elkezdte egy további, az ITER utáni fúziós reaktor koncepciótervezését: ez az ún. DEMO demonstrációs fúziós erőmű (DEMOnstration Power Station), ami a körülbelül 2000 megawatt teljesítményével azt bizonyítaná, hogy a fúzió segítségével műszakilag lehetséges és gazdaságosan megvalósítható az áramtermelés. 2020 végén a DEMO reaktor tervezési folyamata egy fontos mérföldkőhöz érkezett: a témával foglalkozó európai kutatási közösség, az EUROFusion bemutatta a tervezés eddigi eredményeit egy nemzetközi felülvizsgálati csoportnak, az ún. Gate1 Review Panelnek.

„Az a megtiszteltetés ért, hogy az 5 fős nemzetközi felülvizsgálati munkacsoportba – egyetlen közép-európaiként – engem is meghívtak” – mesélte Aszódi Attila. „A csoportot a CERN korábbi főigazgatója vezette, rajtam kívül egy amerikai professzor a Princeton Egyetem fúziós laborjából, a francia nukleáris biztonsági hatóság egyik szakembere, valamint egy spanyol nukleáris ipari vezető vettek még részt a munkában. És bár magam nem foglalkozom közvetlenül fúziós plazmafizikai kutatásokkal, ám az atomerőműves ismereteim és tapasztalataim alapján az volt a feladatom, hogy az atomerőművi villamosenergia-termelés, a nukleáris biztonsági, a környezetvédelmi és a nagy ipari létesítmények projekt- és tudásmenedzsmentjéhez kapcsolódó aspektusokat vizsgáljam a DEMO fúziós reaktor koncepcióterveinek ellenőrzése során.”

A fúziós erőmű áramtermelésének elvi vázlata (Fotó: https://www.euro-fusion.org/programme/demo)

A szakemberek a felkészülés alkalmával rengeteg elemzéshez, kutatási jelentéshez, vizsgálati eredményhez és tervhez kaptak hozzáférést. Több ezer oldalnyi dokumentum átnézését követően egy héten keresztül – online – tanácskozásokon, előadásokon, beszélgetéseken vettek részt, amelyek során elmondták véleményünket a DEMO projekt helyzetéről, és a nagy közös európai erőfeszítés előtt álló kihívásokról.

„Számomra a legfontosabb tanulság az, hogy – mint olyan sok minden a való életben – a fúzió ipari méretű megvalósítása is mérnöki feladatmegoldást igényel: amíg a korábbi fúziós berendezések elsősorban plazmafizikai kísérletek eredményei voltak, és fizikusi kompetenciákat igényeltek, addig a fúziós energiatermelés ipari megvalósításához még rengeteg mérnöki-műszaki kérdés megválaszolása szükséges” – vallotta a BME kutatója. Az elmondottakat példákkal szemléltette: „egy ilyen típusú reaktor felépítéséhez és működéséhez újfajta anyagokra van szükség. A magas hőmérsékletű plazma benntartása a tokamakban speciális mágneseket és extrém alacsony hőmérsékletű technológiát igényel. A reaktor működéséhez a fúzió során keletkező neutronok segítségével tríciumot kell tenyészteni, ami speciális köpeny kialakítását teszi szükségessé a reaktor körül. Ezt héliummal vagy vízzel tervezik hűteni, ami nagyon különleges hőelviteli kivitelezést igényel. A fúziós reaktort is karban kell majd tartani, amihez létfontosságúak az olyan távvezérelt megoldások, amelyekre az emberiség történetében még nem volt példa: több 100 tonnás, akár 20 méter magas komponenseket kell majd távolról irányítva, milliméteres pontossággal mozgatni és pozícionálni. A tervek között szerepel a DEMO-hoz kapcsolódó sóolvadékos hőenergiatároló-rendszer és egy speciális körülmények között működő, villamos energiát előállító gőzturbina is”.

Aszódi Attila egy modern, teljes léptékű atomerőművi szimulátor vezénylőtermében (Fotó: Aszódi Attila)

„Már többször végeztem szakértői feladatokat az Európai Bizottság vagy ahhoz tartozó szervezet felkérésére. Az éppen 10 éve történt fukushimai balesetet követően az Európai Bizottság nukleáris biztonsági szakértőjeként vizsgáltam az európai atomerőművek biztonságát, a külső extrém hatásokkal szembeni ellenálló képességét. Az akkori munka is nagyon sok olyan tanulsággal és tapasztalattal járt, amit kiválóan tudtam alkalmazni egyetemi oktatói és kutatói munkámban. A DEMO fúziós atomerőmű Gate1 felülvizsgálatában való részvétel is számos olyan ismerettel szolgált, amit igyekszem majd hasznosítani a Műegyetemen. A Természettudományi Kar gondozásában zajló fizika BSc, fizikus MSc, a Gépészmérnöki Karral közösen vitt energetikai mérnök alap- és mesterképzések atomenergetikai tantárgyai, és a karunkon zajló reaktortechnika szakmérnök és a Gazdaság- és Társadalomtudományi Karral közösen művelt nukleáristechnológia-menedzsment szakmérnöki képzések során is értékes tapasztalatokkal tudom színesíteni az oktatást, valamint a kapcsolódó kutatás-fejlesztési projekteket” – összegezte Aszódi Attila.

HA-TZS