Egy nagy teljesítményű új acélból{0}}épített tokamak reaktor célja, hogy végre elérje a fúziós-energia-termelés szent grálját.
A francia Provence régió mélyén, amelyet kedvező geológiai, hidrológiai és szeizmikus adottságai, valamint víz- és villamosenergia-hozzáférése miatt választottak ki, egy kiterjedt, 180 hektáros létesítmény található, amelyben a Nemzetközi Termonukleáris Kísérleti Reaktor (ITER) található.
A hagyományos erőművek a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből vagy az atommaghasadásból származó hőt gőzzé alakítják, amelyet aztán a mechanikai energiát elektromos árammá alakító turbinák forgatására használnak. Mindkét módszer megbízható energiaforrás, de kibocsátás vagy radioaktív hulladék révén környezeti hatásokkal jár.
De mi van akkor, ha lenne mód arra, hogy ezt a hőt káros melléktermékek-károsítása nélkül állítsuk elő? Ez a fúziós energia álma, egy folyamatban lévő kísérlet, amelynek célja, hogy hatalmas mennyiségű energiát állítsanak elő atomfúzióval.
A Napunkat tápláló folyamatokhoz hasonlóan a fúzió akkor megy végbe, amikor két hidrogénatom összetör és egyetlen héliumatommá egyesül. Ez hatalmas mennyiségű energiát termel anélkül, hogy radioaktív hasadási termékek keletkeznének.
Ennek a folyamatnak a létrehozása komoly mérnöki kihívást jelent, mivel a reakciókat pontosan kell szabályozni egy olyan térben, ahol hatalmas mennyiségű energia termelődik.
Egy csillag ereje egy acél{0}}ketrecben
Az ITER létesítményben a világ legnagyobb tokamak reaktorának építése folyik. Az 1960-as években kifejlesztett szovjet modellen alapuló kísérleti gép szíve egy tórusz-alakú vákuumkamra.
Az 5200 tonnás tömegű és 1400 m³ térfogatú vákuumkamra messze a legnagyobb a maga nemében, így az üzemeltető fizikusok könnyebben szabályozhatják az életképes fúziós energia előállításához szükséges reakciókat.
Az ITER kísérletei ebben az acélból{0}}épített vákuumtartályban zajlanak majd, amely tartalmazza a fúziós reakciókat, és hermetikusan lezárva, mint elsődleges biztonsági elszigetelési akadály. Itt a hidrogén üzemanyagot hatalmas hőnek és nyomásnak teszik ki, ami forró, elektromos töltésű gázzá, plazmává változtatja.
Ez a vákuumkörnyezet sugárzásvédelmet biztosít és támogatja a plazma stabilitását, míg a kettős acélfalai között keringtetett hűtővízrendszerek biztonságosan eltávolítják a reaktor működése közben keletkező hőt. Ez életbevágóan fontos, mivel a fúzióhoz 150 és 300 millió fok közötti hőmérsékletre van szükség.
Az ITER új fúziós reaktora a világ legnagyobb reaktora lesz, ha elkészül
A mágneses mezők ereje
A belső tér fánk alakú lehetővé teszi, hogy a benne lévő plazmarészecskék folyamatosan keringjenek anélkül, hogy a falakat érintenék. Ezt a szuperforró plazmát a tokamak reaktorban 10 000 tonna szupravezető mágnes által keltett mágneses mező tartja és szabályozza.
A hagyományos mágneseknél erősebb mezőt képes létrehozni, ha -269 fokos hőmérsékleten tartják, az ITER „nagy teljesítményű, belső hűtésű szupravezetőket” használ, amelyekben a szupravezető szálak kötegbe vannak kötve, és szerkezeti acél köpenyben vannak elhelyezve.
A mágneses mezők létrehozásának ez a módja olcsóbb és kevesebb energiaigényű{0}}, mint az alternatívák, így ez az egyetlen életképes lehetőség a fúziós energia támogatásához szükséges hatalmas mágnesrendszerek számára.
A vákuumtartály és annak szupravezető mágnesrendszere mind az ITER kriosztátjában található, amely ultra-alacsony hőmérsékletű vákuumteret biztosít. 16 000 m³-rel ez a valaha épített legnagyobb rozsdamentes acél nagy-vákuumnyomású kamra.
A reaktorban található szélsőséges hőmérséklet-különbségek miatt a rozsdamentes acél ideális választás. Az acél magas és alacsony hőmérsékleten is képes fenntartani a teljesítményt, nagy rugalmassága és szívóssága miatt az ITER pótolhatatlan részévé válik.
Mivel a tokamak várhatóan 2025-re készül el, a fúziós fizikusok azt remélik, hogy ez egy{1}}megváltoztató lesz az energiatermelésben. Míg a közel -korlátlan tiszta energia kilátása a horizonton túl van, egyértelmű, hogy ha kereskedelmi fúziót akarunk elérni, akkor az acél tartós ereje lesz az, amely lehetővé teszi ennek hasznosítását.
