„A fúzió mindig csak a jövő ígérete marad?” – kérdezte tavaly nyáron a Science tudományos folyóirat, amikor megjelenésének 125. évfordulóját ünnepelve 125, a tudomány előtt álló megoldandó kérdést sorolt fel. A Napban zajló energiatermelő folyamat, a szabályozott termonukleáris fúzió megvalósításához az 1950-es években kezdtek hozzá a kutatók, és ma még nem lehet megjósolni, mikor épülhet meg az első erőművi reaktor. Korábban sokszor voltak túlzottan optimisták a szakemberek, most jóval óvatosabbak. Spencer Abraham amerikai energiaügyi miniszter egy plazmafizikai laboratóriumban jelentette ki 2003-ban: „Egy ma született gyerek életében az energiaigények a mainak a háromszorosára fognak nőni, a növekedés nagy része a fejlődő világban jelenik meg. Ha a fúziós energiatermelés beválik a gyakorlatban, akkor pont a megfelelő időpontban jelenik meg.”
A tét hatalmas, hiszen a szabályozott termonukleáris fúzió beláthatatlan távlatokra biztosíthatja az emberiség energiaellátását, a tengervízből milliárd (!) évekre elegendő üzemanyag nyerhető. 2005 nyarán többéves huzavona után megegyeztek a politikusok arról, hol épüljön fel az ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), a tokamak típusú nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor. A tervezettnél ugyan lassabban, de épül a lézeres mikrorobbantás kísérleti berendezése is az Egyesült Államokban. Tokamak vagy lézeres mikrorobbantás? Ha mindkettő kivitelezhetőnek bizonyul, akkor gazdaságossági kérdések fognak majd dönteni. Az alábbiakban bemutatom a fúziós kutatás-fejlesztés jelenlegi állását, hogy lássuk, mi a realitás ma.
Ezekről a milliárd euróban és milliárd dollárban mérhető költségű programokról hallva sokan megkérdezik, mi lett a másfél évtizede világszenzációként tálalt felfedezéssel, az olcsó és egyszerű hideg fúzióval. Ezért, bizonyára néhány kollégám rosszallását is kiváltva, nagyobb teret szánok a hideg fúzió tanulságokban bővelkedő történetének áttekintésére is. A laikus közvélemény jelentős részében máig él a szenzáció halvány emléke, ugyanakkor a cáfolatok már nem keltették fel a média érdeklődését, így nem is jutottak el mindenkihez. A laborasztalon is megvalósítható hideg fúziót ugyan nem sikerült létrehozni, de néhány kutatót ma is foglalkoztat a kérdés, mert tényleg találtak valami magyarázatra szoruló jelenséget – amelyről szintén lesz szó a továbbiakban –, bár ez nem a remélt energiatermelő folyamat. A hideg fúzió szerteágazó vadhajtásai pedig, köztük hazai esetek is, intő példák lehetnek laikusok és szakemberek számára egyaránt: Fogadjanak mindaddig józan kétkedéssel egy szenzációs bejelentést, míg több laboratórium, több, egymástól független tudóscsoport meg nem erősíti az eredményt. (Ugyanez a tanulsága egy frissebb esetnek, a dél-koreai őssejtkutatási botránynak.)
Az atomenergiát, vagyis az atommag kötési energiájának egy részét kétféle módon lehet felszabadítani: a könnyű atommagok összeolvadásával, fúziójával, vagy a nehéz atommagok részekre hasításával. Szabályozott, önfenntartó láncreakciót atommaghasadással először 1942. december 2-án hoztak létre a Chicagóban, Enrico Fermi és Szilárd Leó vezetésével, mások mellett Wigner Jenő közreműködésével épített atommáglyában. Ma atommáglya helyett atomreaktort mondunk. Az atomreaktorok fél évszázada egyre nagyobb mértékben vesznek részt a villamosenergia-termelésben. Az atommaghasadás energetikai hasznosítása tehát már régen megoldott.
A magenergia békés célú hasznosítását megelőzte az atomfegyverek létrehozása. Jól ismert az amerikai Manhattan Program története, amelynek keretében rövid idő alatt építettek urán, illetve plutónium alapú atombombát. Az egyik típust Hirosimában, a másikat Nagaszakiban vetették be. Már a hasadási atomfegyverek létrehozása idején felmerült a fúziós bomba, a szuperbomba létrehozásának a gondolata is. Különösen Teller Edét foglalkoztatta a kérdés. A hidrogénbombában egy atombomba felrobbantásával teremtik meg a fúzió feltételeit, a Nap belsejéhez hasonló körülményeket. Az atombomba felrobbantása után zajlik le a fúziós láncreakció, a hidrogénizotópok összeolvadása. Ez a folyamat a másodperc tört része alatt zajlik le. A békés energiatermeléshez ennek a folyamatnak a szabályozott változatát kell megteremteni. Az első kísérleti hidrogénbomba-robbantást 1952-ben hajtották végre, sikeresen. A szabályozott változatra még várni kell.
Mágneses plazmaösszetartás
A Nap és a többi csillag belsejében a könnyű elemek olvadnak össze nehezebbekké. Már ennyiből is érzékelhető a megoldandó feladat nehézsége: a Nap belsejére hasonlító körülményeket kellene létrehozni a földön. Nem pontosan ugyanazokat, mivel a fúzió létrejöttéhez a sűrűség és a hőmérséklet szorzatának kell meghaladnia egy kritikus értéket. A Nap belsejében uralkodó sűrűséget nem tudjuk leutánozni, ezért a hőmérsékletet kell magasabbra emelni. Ebből nem lehet engedni, ugyanis csak több tízmillió fokon elegendően nagy az atommagok mozgási energiája ahhoz, hogy az azonos töltésük miatt fellépő taszító erőt legyőzve, egymás közelébe kerülhessenek, és a nagyon rövid hatótávolságú, vonzó magerők hatására végbemenjen az összeolvadás. Nincs viszont olyan anyag, amelyet ennek a fantasztikusan forró, ionizált anyagnak, a plazmának a tárolására használhatnánk. A megoldást a mágneses tér kínálja. A mágneses tér módosítja a mozgó töltött részecskék pályáját, eltéríti őket eredeti irányukból, így megfelelően kialakított mágneses térrel a forró, száguldó részecskéket bezárhatjuk egy eltervezett térrészbe. A mágneses plazmatárolásra sokféle eszközt fejlesztettek és próbáltak ki, közülük a tokamak bizonyult a legígéretesebbnek. Ennek alapelveit Szaharov és Tamm orosz fizikusok dolgozták ki az 1950-es években, az érdemi megvalósítás és továbbfejlesztés Arcimovics orosz akadémikus nevéhez fűződik. A tokamak orosz betűszó, a berendezés leglényegesebb elemeinek orosz nevéből képezték, ezt használják ma a világon minden nyelven.
Itt nem részletezett okokból energianyereséges folyamat csak nagy méretekben hozható létre, ezért az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb tokamakokat építettek, fokozatosan közelítve az erőművi méretekhez. Párhuzamosan dolgoztak kis és egyre nagyobb tokamakokon. A kis berendezéseken próbálták ki az új elgondolásokat, a bevált megoldások aztán beépültek a következő nagy tokamakba. Az elméleti felismerést követte a berendezésépítés, majd a kísérletek, a mérések. Az eredmények alapján újragondolták az elméletet, újraindult a ciklus. A folyamat a berendezésépítés miatt meglehetősen időigényes, egy-egy ciklus időtartama minimum 10 év. Továbbra is jelentős tudományos kérdések várnak megoldásra. A látványos tudományos és technikai fejlődés ellenére még mindig rejtély, hogy mi határozza meg a részecskék és az energia transzportját a mágneses téren keresztül, ugyanis a kísérletileg mért effektív diffúziós és hővezetési együtthatók sokszor még köszönőviszonyban sincsenek a részecskék egyedi mozgásából és ütközéséből kiszámítható értékekkel. Ma már látható, hogy a rejtély kulcsa a plazma erősen nemlineáris mikroturbulenciája. Az elmúlt években mind kísérletileg, mind elméletileg sokat megtudtunk a turbulenciáról, és ezek alapján egy olyan érdekes nemlineáris rendszer képe kezd kirajzolódni, amely sok kapcsolatot mutat más fizikai rendszerekkel.
Az ötvenes évek elején elkezdett fejlesztő munka a nyolcvanas évekre már olyan költségessé vált, hogy a folytatáshoz világméretű nemzetközi összefogásra volt szükség. Már volt egy jó példa, Angliában sikeresen kísérleteztek az Európai Unió közösen épített tokamakjával. Ma is a JET (Joint European Torus) a világ legnagyobb és legsikeresebb fúziós kísérleti berendezése. Az óriási berendezés 1983 óta üzemel, azóta többször modernizálták. 1991 novemberében itt sikerült a világon először szabályozott fúziót létrehozni a hidrogén két nehéz izotópja, a deutérium és a trícium között, mintegy 1 másodpercig 2 megawatt hőteljesítmény szabadult fel a fúzió során. A folyamat természetesen nem szolgáltatott energianyereséget, a kinyert 2 megawattal szemben a plazma felfűtéséhez, a mágneses terek fenntartásához 14 megawatt teljesítményt kellett befektetni. Az eredménnyel „csak” azt demonstrálták, hogy a kitűzött cél, a termonukleáris fúzió valóban megvalósítható. Az Európai Unió az EURATOM keretprogramban a 2003–2006 időszakban 750 millió eurót fordít fúziós kutatásokra, ez a legnagyobb tétel az EURATOM 1250 milliós kutatási költségvetésében. Ezekben a nemzetközi tudományos együttműködésekben, programokban évtizedek óta aktív részt vállal a Központi Fizikai Kutatóintézet Részecske- és Magfizikai Kutatóintézete, ahol 1979-től 1998-ig egy tokamak kísérleti berendezés állt a kutatások rendelkezésére.
A világméretű összefogáshoz Gorbacsov szovjet pártfőtitkár kezdeményezése, Reagan amerikai és Mitterrand francia elnök egyetértése biztosította a politikai hátteret. 1988-ban az Európai Közösség, Japán, a Szovjetunió és az USA megegyezett egy nagy közös kísérleti berendezés, az ITER építéséről. A felszabaduló energiát itt sem hasznosítják, kísérleti célokat szolgál a berendezés. Tíz évig folyt az ITER mérnöki tervezése, 1998-ban már a helyszínről, a költségek megosztásáról kellett volna dönteni. Először az amerikaiak kilépése miatt kellett mindent áttervezni, majd az amerikaiak 2003-ban újra bekapcsolódtak. G. W. Bush elnök szerint „a fúzió ipari megvalósítása drámaian megnövelheti Amerika energiaellátási biztonságát, miközben jelentősen csökkenti a légszennyezést és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását”. A helyszínről először az Európai Unió tagországai vitatkoztak, végül a jelentkező Franciaország és Spanyolország közül az előbbit választották. Ezután két táborra szakadtak az időközben további nagy országokkal gyarapodott érdekeltek. Az Európai Unió, Kína és Oroszország Franciaországot preferálta, ugyanakkor Japán, Korea és az Egyesült Államok egy japán telephely mellett állt ki. Európában sokan úgy vélték, hogy az USA büntetni akarja Franciaországot, az iraki háborút ellenző álláspontja miatt. Japán végül 2005 májusában átengedte az építést a franciáknak.
A megegyezés újabb jelentkezőt vonzott. India arról tájékoztatta július elején az Európai Uniót, hogy komolyan mérlegeli teljes jogú partnerként való csatlakozását, beleértve egy jelentős anyagi hozzájárulás vállalását. Az ITER jelentőségét és a nemzetközi politikához való szoros kapcsolódását mutatja, hogy az indiai miniszterelnök a parlamentben számolt be sikeres tárgyalásairól: India ITER-tagságához megszerezte Bush amerikai és Chirac francia elnök támogatását.
Hamarosan megkezdődik az építkezés, 2015-re elkészülhet az ITER. Húsz évig szeretnék működtetni, ezalatt mindent tisztáznak ahhoz, hogy a század közepe táján már a villamos hálózatra kapcsolt ipari erőműveket építhessenek. Az első erőművek a deutérium–trícium reakció hasznosítására épülnek. A deutériumot a vízből vonják ki, a trícium viszont radioaktív, elbomlik, ezért gyártani kell. A deutérium–trícium magreakcióban egy alfa-részecske és egy neutron lép ki. A lítium-6 atommag neutronbefogás után alfa-részecskére és tríciumra bomlik, tehát az energiatermelő reakcióban kilépő neutron felhasználható az egyik üzemanyag-komponens előállítására. A deutérium–deutérium fúzió lesz a következő lépés, ennek megvalósítása a magasabb küszöbenergia miatt nehezebb, viszont erre már valóban igaz lesz a korlátlan üzemanyag-ellátás és ezzel a korlátlan energiabőség korának eljövetele. Ha a Föld energiaigénye a mai szinten maradna, akkor a tengervíz deutériumtartalma 10 milliárd évig kielégítené a szükségleteket.
Mikrorobbantás lézerekkel
A termonukleáris fúzió feltételeit a mágneses térrel összetartott forró plazma mellett egy attól gyökeresen eltérő megoldással is elő lehet teremteni. Az üzemanyagot, a lefagyasztott nehéz hidrogénizotópokat 1-2 milliméter átmérőjű, többrétegű fallal bíró kis gömbbe zárják. A gömböcskére sok irányból nagyon intenzív lézernyalábokat irányítanak, a nyalábok összenyomják és felhevítik az üzemanyagot, majd a szükséges hőmérséklet és nyomás elérésekor robbanásszerűen végbemegy az atommagok összeolvadása. Az amerikai Lawrence Livermore laboratóriumban épülő NIF (National Ignition Facility – nemzeti robbantó eszköz) rendszerben 192 lézernyalábot irányítanak majd a parányi céltárgyra. Ez lesz a világ legnagyobb lézerrendszere, építése az Egyesült Államok jelenleg legdrágább tudományos programja. Az egész rendszer két futballpályányi, 250 x 150 méteres csarnokban épül, a teret túlnyomó részben a lézerrendszerek töltik ki. Nagyon fontos a lézerimpulzusok időbeli összehangolása, hiszen ha nem pontosan egy időben érnek célba, akkor a kis gömböcskét kilövik a helyéről, mielőtt végbemehetne a reakció. Nem közömbös a lézernyalábok színe (hullámhossza) sem, mivel a gömböcske többrétegű falán eltérő mértékben képesek áthatolni a különböző hullámhosszú sugárzások. Ahhoz kell tehát a stadionnyi drága berendezés, hogy ezt a milliméteres gömböcskét felrobbanthassák. 2002 végén próbálták ki sikeresen az első négy lézernyalábot. A négy nyalábban összesen 32 ezer joule energiájú infravörös lézerfényt továbbítottak a másodperc ötmilliárdod része alatt. Ez 8 terawattos teljesítmény, éppen tízszerese az USA teljes villamos-erőművi teljesítményének. S ez még csak az első 4 a készülő 192-ből!
A NIF-re fontos szerep vár a felhalmozott nukleáris fegyverkészletek ellenőrzésében is. Az atomfegyverkísérleteket nemzetközi egyezmények tiltják, a kísérleti robbantásokat modellszámításokkal helyettesítik. A modellszámításokat állandóan továbbfejlesztik, az új elemeket viszont ellenőrizni is kell. Ebben kap fontos szerepet a NIF, ahol a nukleáris fegyverek robbanásánál fellépő rendkívüli hőmérsékleti és nyomásviszonyokhoz hasonló körülmények állíthatók elő. A drága, kb. 4 milliárd dollár összköltségű programot a katonai fejlesztők továbbra is fontosnak tartják, az energiatermelés megvalósításán fáradozók viszont egyre kevésbé reménykednek abban, hogy ez a műszaki megoldás valaha is gazdaságos lehet.
Hideg fúzió – világszám?
1989-ben egy tudományos szenzáció híre járta be villámgyorsan a világsajtót: március 23-án S. Pons és M. Fleischmann (Utah University) sajtókonferencián jelentette be, hogy sikerült a hideg fúziót megvalósítaniuk. A hidrogénizotópok atommagjainak összeolvadásához szerintük nincs szükség a Nap belsejében uralkodó nyomás- és hőmérsékletviszonyok megteremtésére, a korlátlan energiabőséget ígérő szabályozott termonukleáris fúzió szobahőmérsékleten, kémcsőben is megvalósítható. Érthető, hogy a világ közvéleménye nagy érdeklődéssel és lelkesedéssel fogadta a hírt, hiszen az új felfedezés egyszerű, olcsó megoldást kínált az energiaéhség kielégítésére, optimisták már a kánaáni bőség koráról fantáziáltak.
A kutatók kísérletükben deutériumot tartalmazó nehézvizet elektrolizáltak, a vízbontáshoz palládium fémből készült elektródákat használtak. Magyarázatuk szerint a palládiumban elnyelt deutérium atommagok olyan közel kerültek egymáshoz, hogy összeolvadhattak. A feltételezett fúziós folyamatban felszabaduló többletenergiát hőenergia formájában észlelték a kutatók, mégpedig a befektetett energia többszörösét.
A bejelentés másnapján kiderült, hogy egy másik Utah állambeli egyetemen is foglalkoznak újszerű fúziós megoldások keresésével. Steven Jones (Brigham Young University) évek óta foglalkozott az elektrolízises fúzióval, 13 nagyságrenddel (!) kevesebb energia felszabadulását figyelte meg. Az új jelenséget piezofúziónak nevezte el, a palládium kristályrácsának szerepére utalva. Rosszízű vita bontakozott ki a két utah-i egyetem, a Pons–Fleischmann és a Jones vezette kutatócsoportok között az elsőség kérdésében. Többek szerint az eredmények túl korai világgá kürtölésének is ez az áldatlan vita az oka. Jones érdeklődését eredetileg a Föld belsejében lezajló folyamatok keltették fel évekkel korábban. Paul Palmer geofizikus korrelációt talált a vulkánokban felszabaduló hő és a hélium-3 tartalom között. Feltételezte, hogy mélyen a kéregben a sziklák fúziós reakciókat katalizálhatnak. A deutérium tartalmú tengervíz a tektonikai lemezek érintkezésénél beáramlik a Föld felső kérgébe. Jones a Föld belsejében lezajló feltételezett folyamatok szimulálásához kezdett hozzá, ezért került elektrolitikus cellájába nátrium és lítium is, mint a magma jellemző anyagai. Jones szerint a hideg fúzióval magyarázható a Jupiter hőháztartása is. A Jupiter kétszer annyi hőt sugároz ki, mint amennyit a Napból kap. A többlet a Jupiter magjában végmenő fúzióból eredhet.
A szenzációs bejelentés nyomán világszerte megkísérelték az eredmények reprodukálását, a folyamat részletes vizsgálatát. Felváltva érkeztek hírek pozitív és negatív eredményekről, meglehetősen nagy volt a zűrzavar. Utólag számbavették a leggyorsabban megszületett kísérleti eredmények földrajzi eloszlását. Észak-Európában, az USA nagy laboratóriumaiban és észak-nyugati vidékein a negatív eredmények voltak túlsúlyban (18 negatív, 1 pozitív eredmény), Kelet- és Dél-Európában, Ázsiában és Latin-Amerikában viszont csaknem az összes eredmény pozitív volt. Természetesen Magyarországon is kísérletezni kezdtek. A debreceni egyetemen Csikai Gyula és Sztaricskai Tibor már a bejelentést követő napokban pozitív eredményt ért el, neutronokat detektáltak. A hírt felkapta a sajtó, foglalkozott vele a televízió-híradó is. Tíz nappal később a KFKI-ban tartott, hatalmas érdeklődéssel kísért szemináriumi előadásában Csikai Gyula elektromos erőtér okozta fúzióról beszélt, az erőteret a katód előtti potenciálesés okozhatja. „A rendszer úgy működik, mint egy miniatűr neutrongenerátor, ami felületi jelenségre utal.” (A miniatűr neutrongenerátorra később visszatérünk.) A KFKI-ban a zavaró hatások minél alaposabb kiszűrése érdekében a föld alatt 30 méterrel, a hajdan a kozmikus sugárzás tanulmányozására épített laboratóriumban ismételték meg a kísérletet, negatív eredménnyel – nem észleltek neutronokat.
A szenzációt követő első napok sajtótudósításaiban az általános bizonytalanságon és információhiányon túl meghökkentő tévedések is előfordultak. Az alapfolyamat deuteron + deuteron reakció, tehát az eredmény csak trícium + proton vagy hélium-3 + neutron lehet. Ezzel szemben egy japán lap szerint nagy mennyiségű hőt, gamma-sugarakat és urániumot figyeltek meg, ez is „bizonyítja”, hogy fúzió ment végbe, írták. A Ninon Keizai Shimbun hírét a kitűnő New Scientist is közölte, a hibáért nyilván a nagy sietség okolható.
Megtévesztő volt a Tanjug jugoszláv hírügynökség anyaga is, amelyet az újvidéki Magyar Szó 1989. április 19-i számából idézünk: „Az eddigi módszertől eltérően Frascatiban gáz halmazállapotú deutériumot használtak, amely alacsony hőmérsékleten, nyomás alatt könnyen egyesül a titánnal…” Mivel az amerikai kísérlettől eltérően az olasznál sem nehézvizet, sem villanyáramot nem használtak, ezt a módszert kiáltották ki a „találmányok találmányának”.
A szakmai közlemények irodalomjegyzékében is hozott újat a hideg fúzió. A Nature közölte a Massachusetts Institute of Technology kutatócsoportjának a hideg fúziós felfedezés részleteit bíráló írását, a hivatkozott források egyike: „Tv-hírek. Az adatok a televíziós közvetítésből származnak.” Kényszerből választották ezt a megoldást a gamma-spektrumok elemzéséhez, mivel a „tudományos közlemények” kevesebb információt tartalmaztak, mint a laborban felvett televíziós riport. A debreceni Csikai–Sztaricskai-kísérlet első információs forrása is a televízió volt, a videón rögzített képeket elemezve kezdtek hozzá saját kísérleteikhez.
A bejelentést követő másfél év alatt mintegy 200 laboratóriumban foglalkoztak a hideg fúzió kérdésével. Japánban a témát az egyik kiemelt prioritásnak minősítették, Indiában a Bhabha kutatóközpontban 11 kutatócsoport látott párhuzamosan munkához. Az egyértelmű eredmények elmaradtak, a nemzetközi szakközvélemény idővel elutasította a hideg fúzió lehetőségét.
Pons, Fleischmann és híveik kis, de annál kitartóbb tábora továbbra is konferenciákat rendezett a hideg fúzióról. Anyagi támogatást is kaptak, ez valódi kockázati tőkebefektetés volt. A tudományos közvélemény elutasító álláspontját ismerve valóban nagy kockázatot vállaltak a finanszírozók, igaz, siker esetén a haszon is fantasztikusan nagy lett volna. A szenzációs kísérletet másoknak nem sikerült megismételni, a „hideg fúzió” idővel a felelőtlen, szenzációhajhász közlések szinonimájává vált.
Egy kis hungarikum
1989-ben a hazai belpolitika egyik fontos kérdése volt a bős–nagymarosi vízerőmű sorsa, meglepő módon ebbe is belekeverték a hideg fúziót. A Hitel című lap 1989. május 10-én Bős–Nagymaros az energiatermelés várható átalakulása fényében címmel az alábbi írást közölte.
„Sok érv elhangzott az utóbbi időben a Bős–Nagymaros vízerőmű építése mellett és ellen. Anélkül, hogy megismételnénk mindazt a leírhatatlan kárt, amit felépítése okozna, most csupán arra hívjuk fel a figyelmet, hogy e vízerőmű nemcsak rendkívül káros, hanem teljesen fölösleges is. Akik arra hivatkoznak, hogy energiaszükségletünk szempontjából az országnak feltétlenül szüksége van erre az erőműre, bármilyen árat is kell fizetnünk érte, azoknak ez az érve egyik napról a másikra megsemmisült egy korszakalkotó felfedezés következtében. (…) Azt még nehéz megmondani, hogy ennek az új felfedezésnek a gyakorlati alkalmazása mikor lesz általánosan elterjedt, de az majdnem biztos, hogy mire negyed század múlva a Bős–Nagymaros vízerőmű nekünk fog energiát szolgáltatni, akkorra már a lebontásával kellene foglalkozni. Budapest, 1989. április 11. Összeállították: Dr. Tarnóczi Tivadar, a fiz. tud. kandidátusa, Dr. Nagy Imre, a fiz. tud. kandidátusa, MTA Központi Fizikai Kutató Intézet tudományos főmunkatárs.”
A Hitel cikkét a KFKI Híradó 1989. májusi számában így kommentáltam: „Álláspontjukat alig több mint két héttel az amerikai sajtóbejelentés után fogalmazták meg, amikor még senki sem ismerte a felfedezés részleteit, csak a napilapok adtak hírt a sikeres és sikertelen ismétlésekről, s egyre erősödött a kételkedés a tudományos közvéleményben. Abban a fázisban, amikor még az sem biztos, hogy egyáltalán felfedeztek valamit, a fenti szakértői tanáccsal beavatkozni a vízerőmű-építési vitába egyszerűen felelőtlenség. A véleménynek a közvélemény előtt joggal ad súlyt tudományos rangjuk és munkahelyük felemlítése. Ezzel a felelőtlen nyilatkozattal ártottak a KFKI presztízsének és a tudomány hitelének.”
Egyes hazai szakértők szerint a hideg fúzió készpénznek vett felfedezése nemcsak a bős–nagymarosi erőmű megépítését tette volna feleslegessé, hanem a paksi atomerőmű továbbépítését is. Ez az írás is a Hitelben jelent meg, idézzük: „Az új fúziós eredmények fényében még a paksi bővítés is újraértékelendő, esetleg mással kiváltandó. (A bővítés komplex hatástanulmánya több alapvető problémát vet fel.) A hagyományos módszerekkel – az ipari bevezetettséghez szükséges időt is kalkulálva – néhány évtizedet (becsülhetően nem több, mint 20-40 évet) kell áthidalni. Budapest, 1989. április 11. Összeállította: Ferencz Csaba villamosmérnök, a műszaki tudományok doktora, MTA (ELTE Geofizikai Tanszéki Kutató Csoport), tudományos tanácsadó.”
No comment.
Őrült ötletek
A hideg fúziós szenzáció járványszerű terjedése 1989-ben indult el. Tréfás szerzők viszont már korábban is gondoltak rá. A New Scientist tudományos hetilap 1981. április 2-i számában új fúziós eredményről tudósítottak, a lapnak ez az oldala az ápr. 1. dátumot viselte. A tudósítás szerint egy XVI. századi hajóroncsból az angol partoknál ágyúgolyókat hoztak a felszínre a búvárok. A vízből kiemelt ágyúgolyók forróak voltak. A magyarázat szerint az ágyúgolyók vas anyagának és a tengervíznek a kölcsönhatásából parányi, nagynyomású hidrogénbuborékok keletkeznek, a vasban pedig helyi elektromos áramok alakulnak ki. A cella kisütése begyújtotta a fúziós folyamatot, percenként százával robbantak a parányi hidrogénbombák az ágyúgolyó felszínén.
Az igazi Nobel-díjnak létezik egy bolondos kistestvére, az IgNobel-díj. A név szellemes angol szójáték, a Nobel és az ignoble – alantas, nem nemesi származású szavak felhasználásával született. Az IgNobel díjazottai olyan eredményeket értek el, amelyeken először nevetünk, de később gondolkodóba esünk. A díjjal a szokatlanra irányítják a figyelmet, a képzelőerőt ismerik el, egyúttal érdeklődést akarnak kelteni a tudomány iránt.
1993-ban a francia Louis Kervran kapta a fizikai IgNobelt, szerinte a kalcium hidegfúzióval keletkezik a csirketojások héjában. Elméletéről könyvet is írt Biological Transmutations címmel. A fizika korábban csak holt anyagokon kísérletezett, abból vezették le a törvényeket. Az élő szövetekben viszont biológiai transzmutáció zajlik, a szerző szerint ez nyilvánvaló, nem szorul magyarázatra. Két különböző atom összeolvad egy harmadik fajta, nagyobb atommá, vagy nagy hasad két részre. A csirkék káliumot és hidrogént alakítanak kalciummá, a disznó bensőjében nitrogénből lesz szén és oxigén, a káposzta kénné alakítja az oxigént, a barackban rézzé alakul a vas. A királyrákok is képesek hidegfúzió végzésére, ennek leírásáért kapta a díjat. Ez a díj valójában nem illik az IgNobelek közé, mert ezen nemcsak először nevetünk, gondolkodóba pedig nem kell esnünk a kolosszális marhaságok miatt.
Sajnos nem áprilisi tréfának szánta írását az Autó-motor (1981/19. szám) és az Esti Hírlap (1981. okt. 1.). Arról tudósítottak, hogy Horváth István magyar származású mérnök megalkotta a „termonukleáris-hidrogén hajtású autót”. A találmány lényege: a berendezés menet közben vízből hidrogént fejleszt, a gázt egy mini-reaktorban ionizálja, ezt követően a reaktor robbanóterében magfúzió jön létre, ami a megfelelő hajtóenergiát biztosítja. „A reaktorban a gáz erős mágneses téren és sugárfüggönyön halad keresztül, aminek hatására a hidrogén plazmaállapotúvá válik (…) így alkalmas az atomszerkezet megváltoztatására.” A csodaautó 100 kilométerenként 1 liter vizet fogyaszt, „üzeme teljesen biztos, és még balesetnél sem jelent nukleáris veszélyt”.
Paul Harrington írta az ausztrál Motor Manual 1979. augusztusi számában: a berendezés 800 dollár, bármely belső égésű motorba beépíthető, az energia a „szabályozott pulzáló fúzióból” származik. „Mulattató számomra, hogy egy amerikai egyetem több mint egymilliárd dollár ráfordítással kifejlesztett egy hasonló elveken működő berendezést, amely azonban akkora, mint a sydneyi operaház.” A szenzációs hírekre a hazai illetékesek is felfigyeltek. A gazdasági ügyekért felelős miniszterelnök-helyettes a KFKI egyik mérnökét küldte ki Ausztráliába, nézzen utána az ígéretes találmánynak. Ilyen autó azóta sincs, belátható időn belül nem is lesz. Fúziós „találmányok” persze továbbra is születnek, itthon is.
De térjünk vissza a földre!
Valami van – de nem az igazi
Néhány laboratóriumban úgy vélték, ha nem is sikerült a hideg fúziót megvalósítani, de valami új és további vizsgálatokra érdemes jelenségre bukkantak. 2002 tavaszán a Science-ben ismét egy egyszerű „asztali” megoldást tettek közzé a termonukleáris fúzió létrehozására. A berendezés teljesen egyszerű és igen olcsó. Az amerikai kutatók aceton folyadékban hanghullámokkal buborékokat hoztak létre. A buborékok később összeroppannak, ezt a folyamatot fényfelvillanás kíséri, ez a szonoluminiszcencia (hanggal keltett fénykibocsátás) régóta ismert jelensége. A kísérletezők a hanghullámokon kívül intenzív neutronbesugárzásnak is kitették az acetont. Állításuk szerint a neutronoktól átvett energia az acetont felmelegíti, mire az aceton párologni kezd, emiatt a parányi buborékok látható méretűre, kb. 1 mm átmérőjűre nőnek meg. Ezeknek a nagy buborékoknak az összeroppanása során lépnének fel azok az extrém, a napbeli viszonyokra emlékeztető hőmérséklet- és nyomásviszonyok, amelyek elengedhetetlenek az atommagok összeolvadásához. A deutérium–deutérium fúziós folyamat kétféle módon mehet végbe, az egyik esetben a hidrogén bomlékony legnehezebb izotópja, a trícium keletkezik, a másik esetben pedig nagy energiájú neutronok lépnek ki. A kutatóknak közleményük szerint sikerült tríciumot kimutatni az acetonban, és kilépő neutronsugárzást is észleltek.
Az acetonos kísérletet az USA egyik legendás kutatóközpontjában, az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban végezték, az eredmény híre gyorsan kiszivárgott. A laboratórium vezetése azonnal felkért egy másik csoportot az ellenőrző kísérletek elvégzésére, a Science szerkesztőit pedig a már elfogadott cikk későbbi közlésére kérték. Az ellenőrző csoport ugyanazt a kísérleti berendezést használta, csak a neutronok kimutatására szolgáló észlelőrendszerük volt más. Ők nem találtak kilépő neutronokat, és fúzió nélkül is magyarázatot adtak az acetonban talált tríciumra. A kísérletet mások részéről is sok előzetes kritika érte, sok részletet bizonytalannak vagy másként is értelmezhetőnek tartanak.
A Science szokatlanul nagy körítéssel tette közzé a szakközleményt, a teljes anyagot hozzáférhetővé tette az interneten a nyomtatott lap megjelenése előtt. Donald Kennedy főszerkesztő a szakmai közlemény mellett két értelmező, magyarázó szakcikket is közölt. Ő maga pedig Közölni vagy nem közölni című írásában indokolta meg döntését: a lap nem dönthet el előre tudományos vitákat, a közléssel éppen ezt a vitát teszik lehetővé. A vitatott cikket a Science belső minősítési eljárásában részt vevő szakemberek közlésre alkalmasnak találták.
2004-ben a szerzők újabb kísérletekről számoltak be a Physical Review E hasábjain. Kísérleti berendezésüket a korábbi kritikákat figyelembe véve átalakították, „nagy és statisztikusan szignifikáns” mennyiségű neutront észleltek.
Legújabb közleményüket is igencsak rangos szaklap, a Physical Review Letters közölte 2006-ban. Rusi Taleyarkhan az amerikai Purdue Egyetemen végezte újabb kísérleteit. Az alapelv nem változott, állítása szerint a folyadékban keltett buborékok összeroppanása során olvadnak össze a deutérium atommagok. A folyadék aceton és benzol keveréke volt, a molekulákban a hidrogénatomokat deutériumra cserélték. Ezúttal nem sugározták be a folyadékot neutronokkal. Az elegyhez uránsót adtak, az urán radioaktív bomlásakor kilépő alfa-részecskék voltak azok a magok, amelyek elősegítették a buborékok kialakulását. Az urán spontán hasadásra is képes, ennek során természetesen neutronok is kilépnek. Taleyarkhan szerint az általa észlelt neutronok nem származhatnak az urán hasadásából, mert jóval nagyobb energiájúak azoknál.
A legnagyobb problémára egyelőre nincs magyarázat: a kísérlet időnként működik, időnként viszont nem. Az egyik, a hideg fúziós kísérletek elemzésével, kritikájával régóta foglalkozó szakértő szerint a kozmikus sugárzás és a levegő kölcsönhatásából erednek a neutronok, a kozmikus sugárzás intenzitása pedig természetesen ingadozik. Be kellene bizonyítani, hogy a neutronok valóban a buborékokból származnak, ehhez a jelenleginél jobb időfelbontású mérésekre lenne szükség. A fúzió bizonyítéka lehetne trícium kimutatása is, ehhez a trícium bomlása során kilépő elektronokat kellene észlelni. Ezt a mérést viszont reménytelenné teszi az urán bomlásából származó elektronok nagy száma. A tudományos közlemény megjelenése után nyilván más laboratóriumok is hozzákezdenek a kísérlet reprodukálásához, ellenőrzéséhez. Többek szerint valóban elképzelhető, hogy egy összeroppanó buborékban megteremtődhetnek a fúzió feltételei, de a mostani kísérletek ezt még nem bizonyították be.
2005-ben megszületett a „miniatűr neutrongenerátor”: egyszerű kis készülékben sikerült deutérium–deutérium reakciót létrehozni. A berendezés központi eleme egy lítium-tantalát kristály. Ez a kristály piroelektromos, vagyis hő hatására elektromos töltés jelenik meg rajta, erős elektromos tér alakul ki. Ez a tér ionizálja, majd felgyorsítja a deutérium-atomokat. A deuteronok nekirepülnek a deutérium céltárgynak, az atommagok összeolvadnak, neutronok lépnek ki, és energia szabadul fel. A berendezés azonban nem alkalmas hasznosítható energia termelésére, kicsi az energia mennyisége, és rossz a hatásfoka is. A szellemes ötletre épült szerkezet viszont jól használható mindenütt, ahol neutronokra van szükség. A lehetséges alkalmazások köre meglehetősen széles, rákterápiától a csempészek leleplezéséig, és a neutronáram űreszközök hajtóműve is lehet.
Lankadatlanul
2003-ban Indokolt kétkedés címmel szokatlanul hosszú írást közölt a New Scientist rangos tudományos ismeretterjesztő hetilap a hideg fúzió megvalósítását célzó fizikai kísérletekről. A cikket jegyző tudományos szakíró mentegetőzéssel kezdte írását. Eszébe nem jutott volna a hideg fúziós kutatásokról írni, de a témáról kétkötetes összefoglalót közlő intézet neve, rangja felkeltette érdeklődését. A tanulmányt az USA haditengerészet űr- és tengeri hadviselési rendszerekkel foglalkozó központja tette közzé. A kutatásokat az amerikai tengerészeti kutatások hivatala finanszírozta. Ez a szervezet azzal büszkélkedhet, hogy ötvenen kaptak eddig Nobel-díjat az általuk vagy általuk is támogatott kutatásokért. A hivatal egyik munkatársa szerint „ha azt gondolnánk, hogy a ganajtúróbogár hasaalja jobban visszaveri a radarjeleket, mint a most használt anyagok, akkor nem haboznánk alaposan megvizsgálni ezt a lehetőséget, hogy ítéletet alkothassunk”.
1989-ben a tengerészeti kutatóintézetben is hozzákezdtek Pons és Fleischmann kísérletének ellenőrzéséhez, megismétléséhez. Másokkal ellentétben azonban ők nem hagytak fel rövid idő után a munkával. Néhány kutató kis anyagi ráfordítással alapos vizsgálatsorozatot hajtott végre. A kísérletekhez maguk készítették a palládium elektródákat, többféle módszerrel. Deutériumban dús vízben palládium-kloridot oldottak. Az oldatba vezetett elektromos áram hatására a rézből vagy ezüstből készített negatív elektródon együtt rakódott le a palládium és a deutérium. Fél óra elteltével a palládium bevonatú katód hőmérséklete 3 Celsius-fokkal magasabb volt, mint a környező folyadéké. Egyetlen magyarázat adódott: az energia valamilyen módon a katódban szabadult fel! Nyilvánvaló volt számukra, hogy a szokatlan jelenség további vizsgálatokat érdemel.
Különböző palládium-ötvözeteket próbáltak ki, két évig sikertelenül, egyszer sem észleltek hőfelszabadulást. 1994-ben kezdtek néhány tizedszázalék bórt tartalmazó palládium elektródákkal dolgozni, ezekkel 30-40% energianyereséget mértek. Minél több bórt tartalmazott a palládium, annál nagyobb volt az energiatöbblet. A hőtöbblet észlelése azonban önmagában nem bizonyítja az atommagok összeolvadásának bekövetkeztét. Az atommagok összeolvadásával új, nehezebb atommagok jönnek létre, például trícium (a hidrogén legnehezebb izotópja), hélium-3 vagy hélium-4, a magreakciókban neutronok is kilépnek. A kutatók nekiláttak ezen izotópok kimutatásának, a feladatot nehezítette, hogy ezek az anyagok a környezetben is jelen vannak. Tríciumtöbbletet öt kísérlet közül három esetben észleltek. Hélium-3 többletet egyáltalán nem tudtak kimutatni, hélium-4-et viszont igen, de ennek más magyarázata is lehet. Tehát ebben az esetben sincs egyértelmű kísérleti bizonyíték arra, hogy az esetenként megfigyelt hőenergia-többlet atommagok összeolvadásából származna.
A haditengerészeti kutatóintézet munkatársai az előzmények és a közvélekedés ismeretében óvatosan fogalmaznak. Mindössze azt állítják, hogy érdekes jelenségre bukkantak, amely további tanulmányozást érdemel. Eredményeiket azért foglalták össze és tették közzé, hogy az eddiginél nagyobb támogatáshoz jussanak.
Vannak elméleti fizikusok, akik legtöbb kollégájukkal szemben lehetségesnek tartják a hideg fúziót, közéjük tartozik a Nobel-díjas Julian Schwinger. A feltételezett hideg fúzió leírására többféle elmélet is született, de egyik sem ad kísérletileg is ellenőrizhető számszerű előrejelzést, több feltételezés viszont szöges ellentétben áll a fizika eddig jól bevált tételeivel.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE) tavaly áttekintő tanulmányt készíttetett a hideg fúzióról. A felkért szakemberek egy része eleve nem vállalta a munkát, annyira szkeptikus volt a kérdést illetően. A tanulmány 18 szakember véleményére alapozva készült el, de nem született konszenzus a szerzők között. Többen rendkívül kritikusak voltak, a korábbi kísérletek hibáit, egymásnak ellentmondó eredményeit, egyes kísérletek megismételhetetlenségét emelték ki. Az egyik szkeptikus szakember szerint a hideg fúzióval kísérletezők hívők a szó vallásos értelmében, semmiféle kísérlettel nem lehet megingatni őket hitükben. A véleményadásra vállalkozó szakemberek egyharmada nem volt elutasító. Szerintük további kutatásokkal kell tisztázni az alacsony energiájú magreakció lehetőségét, a vizsgálatokat költségvetési pénzzel kell támogatni. A minisztérium kutatási hivatalának igazgatóhelyettese szerint nem változott az álláspontjuk: a jó javaslatok előtt nyitva áll az ajtó.
- Messzelátó [6]