Az amerikai Ames Nemzeti Laboratórium és az Iowa Állami Egyetem tudósai vezetik azt a konzorciumot, amely a fúziós reaktorok új anyagain dolgozik. A megfelelő anyagok létrehozása szükséges lépés a fúziós energia kereskedelmi hasznosításának lehetővé tételéhez. A kutatás a CHADWICK (Creating Hardened And Durable fusion first Wall Incorporating Centralized Knowledge) program keretében zajlik, amelyet a közelmúltban jelentett be az Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E).
ARPA-E és a CHADWICK program
Az ügynökség célja az energiakitermelési technológiákkal kapcsolatos fejlett kutatások előmozdítása és finanszírozása. Két hónappal ezelőtt az ARPA-E meghirdette a 30 millió dolláros CHADWICK programot, amelyre 13 projekt kvalifikálta magát.
A fúziós energia kihívásai
A fúziós energia kinyerésének egyik fő nehézsége a plazma megfelelő befogása, amelyben a reakció lejátszódik. A csapdába zárt plazma olyan, mint egy tartályba zárt miniatűr Nap, amelynek ellen kell állnia a rendkívül magas hőmérsékletnek, az erős sugárzásnak és a mágneses mezőknek, miközben hatékonyan továbbítja az elektromos energiává alakított hőt.
Az első fal szerepe
A CHADWICK projekt a reaktor első falára összpontosít, arra, amely az erős mágneses tér által csapdába ejtett plazmát veszi körül. Az első fal két anyagrétegből áll. A belső a plazmához van közel, a külső pedig az energia átvitelét segíti a reaktor más részei felé.
Anyagok és vizsgálatok
Az első rétegnek erősnek kell lennie, ellen kell állnia a repedéseknek és az eróziónak. Emellett nem szabad hosszú ideig radioaktívnak lennie, hogy a reaktor leállításakor biztonságosan lehessen a reaktor belsejében dolgozni. Nicolas Arbigay, az Ames National Laboratory munkatársa vezeti az első réteg javítására irányuló munkát.
A fő anyag, amelyet vizsgálunk, a volfrám. A szenet, illetve annak egyes formáit – mint például a gyémántot – nem számítva, az összes elem közül ennek van a legmagasabb olvadáspontja, mondta a tudós. Laboratóriuma nemrég vásárolt egy speciális platformot az új anyagok előállításához és teszteléséhez. Különböző ötvözetekből, köztük tiszta volfrámból is tudunk porokat és öntvényeket készíteni, magyarázta Arbigay, hozzátéve, hogy a következő hónapokban a laboratórium új berendezéssel bővül, amely lehetővé teszi, hogy kísérleti programok futtatásához is elegendő mennyiségű anyagot szerezzenek be.
Tűzálló anyagok vizsgálata
Az Ames Lab egy olyan ritka rendszerbe is beruházott, amely lehetővé teszi a tűzálló anyagok vizsgálatát jóval 1000 °C fok feletti hőmérsékleten, és az USA-ban az egyetlen olyan kereskedelmi rendszerrel rendelkezik, amellyel az ilyen anyagokat akár 1500 °C fokos hőmérsékleten is lehet vizsgálni. Ez rendkívül fontos része a fúziós reaktor első falán végzett munkának.
Az első fal szerkezete
Az első fal anyaga az, ami az egészet összetartja. Erősnek kell lennie. A falba különböző elemeket kell beépíteni, például hűtőcsatornákat, amelyek lehetővé teszik a hőelvonást, magyarázza Jordan Tiarks. Ő a fúziós reaktor egy másik aspektusán dolgozik. Tiarks a jövő generációs ODS (oxiddiszperzióval erősített acélok) acélokra specializálódott. Az ODS-acélokat kerámia nanorészecskékkel dúsítják, hogy javítsák mechanikai tulajdonságaikat és túléljék a magas sugárzást.
Vanádiumalapú ötvözetek
Az eddig tanultakat egy új anyag, egy vanádiumalapú ötvözet létrehozására szeretnénk felhasználni, amely jól fog működni a fúziós reaktorokban, mondja Tiarks. A probléma az, hogy a vanádium másképp viselkedik, mint az acél. Sokkal magasabb az olvadáspontja, és sokkal reaktívabb. Kerámiával nem lehet kombinálni, ezért Tiarks csapata más módokat keres a vanádiumötvözetek létrehozására. Nagynyomású gázzal apró cseppekre bontjuk az olvadt anyagot, amelyeket gyorsan lehűtünk, és így kapunk port. Itt nem használhatunk kerámiát, állítja a tudós.
Reaktív porok kezelése
További problémát jelent a vanádium reaktivitása. A porok már önmagukban is nagyon reaktívak. Ha aeroszollá formáljuk őket, akkor felrobbanhatnak. Szerencsére a fémek nagy része vékony oxigénréteget képez az ilyen részecskéken, ami megakadályozza a további reakciókat. Ez a réteg megvédi a részecske többi részét a további oxidációtól. A kutatásaink nagy része az erőszakos reakciók megakadályozására szolgáló módszerek kidolgozásával foglalkozik. Erre azért van szükség, hogy a port biztonságosan lehessen használni. Ugyanakkor nem adhatunk hozzá túl sok oxidációt, mivel ez hátrányosan befolyásolja a tulajdonságaikat. A porított vanádiumalapú anyagok feldolgozására alkalmas módszerek kidolgozása lehetővé teszi az első reaktorfal második rétegének szerkezetének jobb szabályozását.
Tesztelés az Iowa Állami Egyetemen
Amint megfelelő anyagot kapunk, azt Sid Pathak professzor csapata az Iowa Állami Egyetemen tesztelni fogja. A tudósok a port a megfelelő felületekre fogják felhordani, és elsősorban az így létrehozott panelek ellenállását fogják vizsgálni a fúziós reaktor erős sugárzásával szemben. Úgy vélik, hogy az új anyag ellenállóbb lesz az eddig használtaknál. Mint a tudós megjegyzi, a sugárzás negatív hatásai azonban 10-20 év után jelentkeznek a reaktor falának anyagában. A kutatási projekt három évig tart, így nem lehet reprodukálni a vonatkozó körülményeket. Ezért a kutatást az Ion Beam Laboratóriumban végzik majd, ahol az anyagot nem neutronokkal, hanem ionokkal bombázzák, ahogyan az egy reaktorban történne. További előny, hogy az ionokkal kezelt anyag nem lesz radioaktív, ami megkönnyíti a kutatást. Másrészt az ionok használatának negatívuma a nagyon sekély behatolás. Az anyag károsodása 1-2 mikrométeres mélységben jelentkezik, ezért vizsgálatukhoz speciális eszközökre lesz szükség.
A jövő fúziós energiája
A kereskedelmi célú fúzió kifejlesztése korunk legnagyobb technológiai kihívásai közé tartozik, ugyanakkor hatalmas előnyöket ígér, a tiszta energia korlátlan forrásának formájában, zárja Tiarks. A nukleáris fúzió – vagy fúziós reakció – ígéretes energiaforrás. Ennek során a könnyebb elemek atomjai nehezebb elemekké egyesülnek és energiát szabadítanak fel. Ez a folyamat hajtja a csillagokat.
A fúziós energia előnyei
Ez a fajta energiatermelés számos előnnyel jár. Nem szabadulnak fel üvegházhatású gázok. A Földön hatalmas víz- és lítiumkészletek állnak rendelkezésre, amelyekből a fúziós üzemanyag, a deutérium és a trícium kinyerhető. Ezek több millió éves energiatermelésre elegendőek. Nincs ilyen luxusunk, ha szénről vagy földgázról vagy uránról van szó az atomerőművek számára. Ez utóbbiak 90 (a Nukleáris Világszövetség szerint) és több mint 135 év (az Atomenergia-ügynökség szerint) közötti időtartamra elegendőek. A nukleáris fúzió rendkívül hatékony. Az atomok egyesülésének folyamata akár négymilliószor több energiát képes biztosítani, mint az olyan kémiai reakciók, mint például a szén vagy a gáz elégetése, és négyszer több energiát, mint az atomerőművekben használt atombomlási folyamatok.
A fúziós reakció biztonsága
Fontos, hogy a magfúzió során nem keletkezik hosszú élettartamú, erősen radioaktív hulladék. A keletkező hulladékok radioaktivitása olyan alacsony, hogy legfeljebb 100 év múlva újrafelhasználhatók vagy újrahasznosíthatók. A nukleáris fegyverek elterjedésének kockázata sem áll fenn, mivel a fúzió nem használ hasadóanyagot, és a radioaktív trícium nem alkalmas fegyvergyártásra. Nem áll fenn a csernobili vagy fukusimaihoz hasonló balesetek kockázata sem. A magfúzió azonban nagyon kényes folyamat, amelynek szigorú feltételek mellett kell lezajlania. Ezek bármilyen megzavarása a plazma másodperceken belüli lehűlését és a reakció leállását okozza.
Korábban már említettük az ruhák helyes mosását, hogy hosszabb ideig szépek maradjanak. A mosogató takarítása elengedhetetlen a tisztaság fenntartásához. Ha nedves ablak kellemetlen szagot áraszt, érdemes rendszeresen takarítani. A Halak etetéséhez friss takarmány szükséges az egészséges növekedés érdekében. Végül, a poloská elleni védekezéshez használjon természetes módszereket, hogy otthona védve legyen.
