SG.hu
Magyar kamerák figyelik a fúziós reaktort
A jövő energiatermelésének kulcsa a fúziós reaktor, amelynek fejlesztése kísérleti fázisban van. Az egyik legnagyobb berendezés, az európai fúziós kutatások alappillére nyáron lép üzembe Németországban. A reaktor működését felügyelő kamerarendszert az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban fejlesztették.
A fúziós energiatermelés az emberiség régi vágya. Az eddigi kutatások során nagyon sokféle berendezés készült, ezek közül a sztellarátor az egyik legrégebbi és legígéretesebbnek tűnő megoldás egy pozitív energiamérlegű fúziós erőmű megépítéséhez. A sztellarátor olyan berendezés, amely erős mágneses terekkel tartja össze a plazmát a szabályozott magfúzió létrehozásához. Ezt a berendezéstípust Lyman Spitzer találta fel 1950-ben, és a következő évben meg is épült belőle az első példány a princetoni plazmafizikai laboratóriumban. A sztellarátor név arra utal, hogy a Napban zajló reakciókat a Földön megvalósítva hozzák létre a szabályozott magfúziót, amellyel hatalmas mennyiségű tiszta (üvegházhatást és atomhulladékot nem produkáló) energia állítható elő.
Az 1950-es évektől kezdve számos ilyen típusú berendezés épült. Ezek azonban – főleg technikai nehézségek, illetve amiatt, hogy akkoriban még nem voltak szuperszámítógépek, amelyek el tudták volna végezni a szükséges számításokat – lassan fejlődtek. A másik ígéretes mágneses összetartású fúziós berendezéstípus, a tokamak sokkal gyorsabban fejlődött, egyszerűbb kialakítása miatt. A tokamak ma is az energiatermelő fúziós erőművek kutatásának és építésének fő iránya (lásd: ITER), azonban a technikai fejlődés eljutott arra a szintre, hogy a sztellarátorok – számos előnyös tulajdonságuk miatt – jó alternatívái legyenek a tokamakoknak.
A sztellarátor (balra) és a tokamak felépítése
A sztellarátor és a tokamak közötti alapvető különbség, hogy a tokamakban egy központi tekercs található, amely áramot hajt a plazmában. Ez megcsavarja a mágneses teret, és lehetővé teszi a plazma összetartását. Ezzel szemben a sztellarátorban nincs központi tekercs, nem hajtanak áramot a plazmában, a csavart mágneses teret bonyolult alakú külső tekercsekkel hozzák létre. Így számos, a tokamakok esetében fellépő nehézség kiküszöbölhető, viszont egy ilyen berendezés tervezése és megépítése sokkal összetettebb.
A fenti képen bal oldalon láthatjuk a sztellarátorok felépítését, jobb oldalon pedig a tokamakokét. A felső két kép mutatja a plazma és a tekercsek alakját, illetve elhelyezkedését. Az alsó két képen két valós berendezést láthatunk. Jobb oldalon a JET belsejét, a világon legnagyobb tokamak típusú fúziós kísérleti berendezését, amely az Egyesült Királyság területén található. Bal oldalon a Wendelstein 7-X (W7-X) nevű sztellarátor látható, amely Németországban épül, és 2015 nyarán tervezik az indítását. A W7-X-et a világ legbonyolultabb fúziós berendezésének ("a sztellarátorvilág JET-jének") tartják, egyrészt mérete, másrészt amiatt, hogy következő lépésként – ha a kísérletek kedvező eredményekkel zárulnak – a jövőben egy hasonló, erőműméretű berendezés is épülhetne.
A Wendelstein 7-X az európai fúziós kutatások egyik alappillére, egyben Németország egyik legnagyobb kutatás-fejlesztési beruházása. A W7-X-hez magyar kutatók és mérnökök terveztek és építenek egy tíz kamerából álló, intelligens videomegfigyelő rendszert, amelynek már a berendezés működésének első pillanatától fontos szerepe lesz. Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont szakemberei tavasszal véglegesítik és tesztelik a rendszert, hogy a nyári induláskor minden a legnagyobb rendben működjön majd.
A magyar videodiagnosztikai rendszer feladata, hogy megvédje a berendezést a károsodástól, ha a reaktor esetleg meghibásodna. A tíz kamerából álló rendszer az egész berendezés belsejét látja, és az áttekintő képek mellett képes egyes kritikus területek monitorozására, illetve az adatok valós idejű feldolgozására is. Az eredményeket ezután eljuttatja más rendszereknek, például a berendezés vezérlőrendszerének, amely a kameraképek alapján szükség esetén biztonsági leállást hajt végre. Magyar kutatók a W7-X mellett a világ több más vezető fúziós berendezése számára is építenek és üzemeltetnek hazai fejlesztésű mérőberendezéseket.
A fúziós energiatermelés az emberiség régi vágya. Az eddigi kutatások során nagyon sokféle berendezés készült, ezek közül a sztellarátor az egyik legrégebbi és legígéretesebbnek tűnő megoldás egy pozitív energiamérlegű fúziós erőmű megépítéséhez. A sztellarátor olyan berendezés, amely erős mágneses terekkel tartja össze a plazmát a szabályozott magfúzió létrehozásához. Ezt a berendezéstípust Lyman Spitzer találta fel 1950-ben, és a következő évben meg is épült belőle az első példány a princetoni plazmafizikai laboratóriumban. A sztellarátor név arra utal, hogy a Napban zajló reakciókat a Földön megvalósítva hozzák létre a szabályozott magfúziót, amellyel hatalmas mennyiségű tiszta (üvegházhatást és atomhulladékot nem produkáló) energia állítható elő.
Az 1950-es évektől kezdve számos ilyen típusú berendezés épült. Ezek azonban – főleg technikai nehézségek, illetve amiatt, hogy akkoriban még nem voltak szuperszámítógépek, amelyek el tudták volna végezni a szükséges számításokat – lassan fejlődtek. A másik ígéretes mágneses összetartású fúziós berendezéstípus, a tokamak sokkal gyorsabban fejlődött, egyszerűbb kialakítása miatt. A tokamak ma is az energiatermelő fúziós erőművek kutatásának és építésének fő iránya (lásd: ITER), azonban a technikai fejlődés eljutott arra a szintre, hogy a sztellarátorok – számos előnyös tulajdonságuk miatt – jó alternatívái legyenek a tokamakoknak.
A sztellarátor (balra) és a tokamak felépítése
A sztellarátor és a tokamak közötti alapvető különbség, hogy a tokamakban egy központi tekercs található, amely áramot hajt a plazmában. Ez megcsavarja a mágneses teret, és lehetővé teszi a plazma összetartását. Ezzel szemben a sztellarátorban nincs központi tekercs, nem hajtanak áramot a plazmában, a csavart mágneses teret bonyolult alakú külső tekercsekkel hozzák létre. Így számos, a tokamakok esetében fellépő nehézség kiküszöbölhető, viszont egy ilyen berendezés tervezése és megépítése sokkal összetettebb.
A fenti képen bal oldalon láthatjuk a sztellarátorok felépítését, jobb oldalon pedig a tokamakokét. A felső két kép mutatja a plazma és a tekercsek alakját, illetve elhelyezkedését. Az alsó két képen két valós berendezést láthatunk. Jobb oldalon a JET belsejét, a világon legnagyobb tokamak típusú fúziós kísérleti berendezését, amely az Egyesült Királyság területén található. Bal oldalon a Wendelstein 7-X (W7-X) nevű sztellarátor látható, amely Németországban épül, és 2015 nyarán tervezik az indítását. A W7-X-et a világ legbonyolultabb fúziós berendezésének ("a sztellarátorvilág JET-jének") tartják, egyrészt mérete, másrészt amiatt, hogy következő lépésként – ha a kísérletek kedvező eredményekkel zárulnak – a jövőben egy hasonló, erőműméretű berendezés is épülhetne.
A Wendelstein 7-X az európai fúziós kutatások egyik alappillére, egyben Németország egyik legnagyobb kutatás-fejlesztési beruházása. A W7-X-hez magyar kutatók és mérnökök terveztek és építenek egy tíz kamerából álló, intelligens videomegfigyelő rendszert, amelynek már a berendezés működésének első pillanatától fontos szerepe lesz. Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont szakemberei tavasszal véglegesítik és tesztelik a rendszert, hogy a nyári induláskor minden a legnagyobb rendben működjön majd.
A magyar videodiagnosztikai rendszer feladata, hogy megvédje a berendezést a károsodástól, ha a reaktor esetleg meghibásodna. A tíz kamerából álló rendszer az egész berendezés belsejét látja, és az áttekintő képek mellett képes egyes kritikus területek monitorozására, illetve az adatok valós idejű feldolgozására is. Az eredményeket ezután eljuttatja más rendszereknek, például a berendezés vezérlőrendszerének, amely a kameraképek alapján szükség esetén biztonsági leállást hajt végre. Magyar kutatók a W7-X mellett a világ több más vezető fúziós berendezése számára is építenek és üzemeltetnek hazai fejlesztésű mérőberendezéseket.