Teadlased on üritanud päikest Maa peale tuua juba 80 aastat, kuid tähtede energiaallikat – tuumasünteesi – on väga keeruline taltsutada. Kui praegustes tuumajaamades saadakse energiat raskete aatomite tuumade lagunemisel, siis tuumasüntees on vastupidine protsess. Selle käigus liituvad kergete aatomite tuumad. Oma iseloomult on tuumasüntees palju pirtsakam, sest selle jaoks on vaja luua Päikese sisemusele sarnased tingimused, kirjutab Tartu Ülikooli füüsika doktorant Jasper Ristkok.

Maal on vaja tuumasünteesi algatamiseks 100 miljoni kraadini ulatuvat temperatuuri. Seni teadaolev kõige kuumakindlam materjal sulab aga ligikaudu 4000 °C juures. Tänapäeval on tehnoloogia arenenud sinnamaani, et reaktori sisemuses põlev täht suudetakse hoida ülivõimsate magnetite abil hoopistükkis seintest eemal.

Kokku on praeguseks ehitatud ligi 200 tuumasünteesireaktorit. Sellegipoolest pole tootnud ükski reaktor rohkem energiat, kui reaktsiooni käivitamiseks vaja läheb. Probleem loodetakse lahendada parasjagu käimasoleva rahvusvahelise projektiga EUROfusion. Selle käigus rajatakse Lõuna-Prantsusmaale uus tuumasünteesireaktor ITER, mis hakkab arvutuste kohaselt kütusest tootma kümme korda rohkem energiat, kui reaktorisse sisse tuleb panna.

Tartu Ülikooli füüsika doktorant Jasper Ristkok. Laurits Puust

See on võimalik, sest ITER-i süda – selle reaktor – ehitatakse suurem kui kunagi varem ja selle kõrgus ulatub 30 meetrini. Suurem reaktor on parem, sest suurem ruumala aitab tuumasünteesiks vajalikku temperatuuri hoida, kuid suurem välispindala juhib jällegi paremini soojust välja. Reaktori mõõtmete suurenedes kasvab selle ruumala kiiremini kui välispindala. Esimest korda käivitatakse ITER juba nelja aasta pärast.

ITER-is hakatakse kasutama kütusena deuteeriumi ja triitiumi, mis on vesiniku isotoobid. Plaanis on üks häda: triitium on radioaktiivne. Reaktori seina ladestuv triitium on ohtlik ka teadlastele ja inseneridele. Kuigi reaktori mass on suurem kui Tallinna teletornil, tuleb reaktorit puhastada seetõttu juba siis, kui reaktorisse on ladestunud vaid 700 grammi triitiumi. Nii väikese koguse materjali niivõrd vaenulikus keskkonnas mõõtmine pole sugugi lihtne.

Eestlaste panus suures maailmas

Siin tuleb mängu minu teadustöö. Töötan koos helgete peadega Tartu Ülikooli füüsika instituudis välja meetodit, kuidas reaktori seinas radioaktiivse materjali kogust määrata. Selleks kasutan mehe rindkere suurust laserit, mille kiirele ei pea vastu ükski materjal. Selle laseri välkega metallplaati tulistades tekib plasma, mis hakkab kiirgama plaadile iseloomulikku valgust. Ma analüüsin seda valgust ning määran seinamaterjali ja selle sisse ladestunud aine kogused. Selle laserseire meetodi nimi on LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy).

LIBS on ITER-i jaoks hea, sest laserkiirt ja tekkinud valgust saab juhtida läbi reaktori akende ning sidesüsteemide. Ühtlasi võib olla mõõtmiste ajal reaktorist eemal. Samas see meetod ei ole piiratud ITER-iga. Samal meetodil on näiteks Eestis määratud põlevkivi kvaliteeti ja võib-olla saab sellega tulevikus mõõta, kui söestunud on pannil küpsev kana.

Minu senised uuringud on kinnitanud, et LIBS-iga on võimalik määrata materjali koostist, kuid see meetod pole alati täpne. Ebatäpsus tuleb tekitatud plasma kaootilisest iseloomust. Seetõttu uurin doktorantuuris plasma omadusi ning tegelen LIBS-i täiustamisega. Kui on õnne, siis mu järgmise nelja aasta töö muudab laserseirega materjali koostise määramise täpsemaks.

Kokkuvõttes Eesti lööb kaasa ühes inimajaloo kõige eesrindlikumas projektis, milleks on tuumasünteesist energia kogumine. Mina olen uute elektrijaamade disainiprotsessis vaid väike mutter suures masinavärgis, kuid minu töö tagab tulevastele töötajale turvalisema keskkonna.

Artikkel ilmus Eesti Teaduste Akadeemia korraldatava konkursi "Teadus 3 minutiga" raames, mille pidulik finaal toimub 11. veebruaril.