Õunad ja sõõrikud inspireerivad teadlasi looma tuleviku tuumareaktoreid ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Tuumasünteesi reaktor.
Tuumasünteesi reaktor. Autor/allikas: CCFE

Tuumasüntees on tuumaenergia tulevik – tootmine on ohutum ja keskkonnasõbralikum, kuid siiani mõistatavad teadlased, kuidas saaks tuumasünteesi abil energiat toota nii, et see reaalselt ennast ka ära tasuks. Inglismaal käivitati hiljuti uut tüüpi õunakujuline eksperimentaalne reaktor, mis avab tee senistest palju kompaktsemate jaamadeni.

Tuumasünteesiks nimetatakse protsessi, kus kergete tuumade ühinemisel tekib väga palju energiat. Kerged tuumad on näiteks vesiniku aatomid. Tuumasünteesil põhinev energiatootmine on aga alles katsetamise järgus ja kellelgi kodus see veel lambipirni põlema ei pane.

Praegu kasutusel olevates tuumajaamades annab energiat raskete tuumade, näiteks uraani, lõhustamine, selgitas Tartu Ülikooli plasmatehnoloogia vanemteadur Indrek Jõgi. "Sellel on mitmed probleemid, näiteks plahvatamise oht ja radioaktiivsed jäätmed. Kergete tuumade ühinemisel – tuumasünteesil tekkival energial on need ohud kas olematud või palju väiksemad. Põhimõtteliselt sellist Tšornobõli või Fukushima tüüpi õnnetust juhtuda ei saa," lausus Jõgi.

Kuigi tuumasünteesi meetodil energia tootmine tekitab väikeses koguses radioaktiivseid jääke, muutuvad nad ohutuks vähem kui 100 aasta jooksul. Seevastu niinimetatud tavatuumajaamas tekkivad jäätmed võivad laguneda tuhandeid aastaid. Tuumasünteesi meetodil energia tootmiseks kasutatav triitium võib küll keskkonnale ohtlik olla, ent ühes tuumajaamas on seda ohtlikku ainet kõigest väikeses koguses.

Tuumasünteesil energia tootmise arendamine on siiani toonud rohkem kulu kui tulu. Nüüd aga hakkab olukord muutuma. "Üle poole sajandi on neid seadmeid püütud arendada. Võib öelda, et oleme jõudnud eesmärgile üsna lähedale. Praeguseks saadakse peaaegu sama palju energiat sealt kätte, kui sisse antakse," selgitas Jõgi.

Prantsusmaal ehitatakse maailma suurimat tuumasünteesi eksperimentaalreaktorit ITER, mis peaks käiku minema 2025. aastal. "ITERi eesmärk on saada sisse antavast kogusest kümme korda rohkem energiat tagasi," lausus vanemteadur.

Tuumasüntees on justkui minipäikese loomine

Tuumasünteesi käigus toimuvad protsessid on sarnased päikesel toimuvaga. "Selleks, et see protsess saaks toimuda, peab temperatuur olema väga kõrge. Maa peal peab temperatuur olema isegi kõrgem kui Päikesel. Maa peal peaks olema temperatuur ligikaudu 150 miljonit kraadi, mis on peaaegu hoomamatu suurus. On selge, et ükski aine ei pea vastu sellisele kuumusele," mainis Jõgi.

150 miljoni kraadi juures tekkivat kuuma plasmat saab seintest eemal hoida magnetite abil. "Kui reaktor on sõõrikut meenutava kujuga, liiguvad plasmat moodustavad laetud osakesed magnetväljas kinnist ringi mööda ega puutu seinte vastu," märkis Jõgi.

Nii nagu päikesel on väljapursked, toimub neid ka reaktoris, vaatamata magnetite kasutamisele. See teebki reaktori disainimise raskeks, sest kuuma massiga peab suutma nii ümber käia, et see reaktorit ära ei lõhuks ja toodaks energiat. "Mida kuumemaks plasma läheb ja mida rohkem energiat sealt kätte saab, seda rohkem tekib väljapurskeid, mis reaktori seina hävitavad. Väljapursete vältimine on üks suur probleem. Nende probleemide lahendamiseks on püütud järjest suuremaid seadmeid teha või valmistada teistsuguse kujuga reaktoreid," ütles Jõgi. Prantsusmaal parasjagu ehitamisel olev sõõrikukujulise ehitusega ITER saabki olema suurim omasuguste seas.

Oktoobri lõpus toimus tuumasünteesi tehnoloogia arendamisel oluline samm edasi. Nimelt käivitati Inglismaal üks suuremat sorti tokamak-tüüpi reaktor (MAST). Tegemist on teistmoodi reaktoriga, mis pole sõõrikukujuline, vaid meenutab hoopis õuna, millelt on südamik seest ära võetud. "Seda tüüpi seade võib olla kompaktsem ja stabiilsem. Samas on väiksemate mõõtmete korral kuuma plasma seinast eemale hoidmine keerulisem. Valminud reaktori üks eesmärk ongi uurida uusi lahendusi seinte kaitsmiseks," mainis Jõgi. Kokku läks uus reaktor maksma ligikaudu 50 miljonit eurot.

Vasakul Suurbirtannias asuv MAST upgrade reaktor ehk niinimetatud õunakujuline reaktor. Paremal ITER-i reaktor ehk niinimetatud sõõrikukujuline reaktor. Autor/allikas: Vasakpoolne foto: UKAEA. Parempoolne foto: Wikimedia Commons.

Kui tulevikule mõelda, siis ITER on üsna suur ja seetõttu kallis seade, mille baasil elektrijaama valmistamine oleks tulevikus jõukohane ainult suurtele riikidele. MAST sarnaste reaktorite arendamine võiks tuua just väiksemad jaamad, leidis Jõgi.

Ka Eesti teadlased annavad oma panuse niisuguse tehnoloogia arendamiseks. Tartu Ülikooli materjaliteadlased uurivad, kuidas peavad vastu reaktori seina materjalid. "Lisaks püüavad nad teha aknaid, mis oleksid kiirguskindlad ja veel parem kui need oleksid valmistatud isetervenevatest materjalidest," lausus Jõgi. Samuti uuritakse neutronkiirgust neelava betooni kasutamisvõimalusi tulevastes tuumasünteesil põhinevates elektrijaamades.

Jõgi enda töörühm proovib leida lahenduse, kuidas saaks analüüsida reaktori seinade olukorda. Kuna seadme lahti võtmine selle seinade olukorra analüüsimiseks oleks väga kulukas, siis proovivadki teadlased leida meetodi, kuidas saaks seinal toimuvat distantsilt uurida.

Tuumasünteesi põhjal reaalselt energia tootmine lähiaastatel toimuma ei hakka. Tõenäoliselt hakatakse neid kasutama selle sajandi teises pooles. Vaja on veel arendada mitmeid tehnilisi lahendusi, et tuumasünteesil energiatootmine end ära tasuks. Ühtlasi on teadlastel veel tuumasünteesi valdkonnas palju avastamist. "Me saame üha uusi teadmisi. Me ei mõista veel kõiki vajalikke detaile, mis määravad reaktorite vastupidavuse ja energia hinna ning ette tuleb ootamatusi, sellepärast lähebki kauem aega," ütles Jõgi.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: