Mõttelise verstapostini jõuti 5. detsembril. Katses anti laseritega vesiniku teisenditest koosnevale plasmale umbes 2,05 megadžauli (MJ) jagu energiat. Sellele järgnenud tuumade liitumisel vabanes ligi 3,15megadžauli energiat. Teisisõnu oli võit 1,5-kordne. Protsess võttis aega vähem, kui kulub valgusel paari sentimeetri pikkuse vahemaa läbimiseks.

Ühtlasi täitis see ametlikult Livermore'i Riiklikule Süüterajatise (NIF) peaeesmärgi – süütepunkti saavutamise. "Suured tähtsad saavutused võtavad sageli rohkem aega ja nõuavad suuremaid jõupingutusi, kui algselt arvatakse. Tihti on need väärt rohkem, kui aega ja pingutust, kui selleks kulutati," märkis saavutust kirjeldaval pressikonverentsil Marvin Adams, USA riikliku tuumajulgeoleku agentuuri asedirektor.

Teisipäeval toimunud pressikonverentsil rõhutati korduvalt, et töö mängib tähtsat rolli USA tuumarelvade seisukorra hindamisel ja riigi tuumaheidutuse kindlustamises.

Kogu rajatise energiatarbega arvestades on tuumasünteesi Maa peal kasuliku energiaallikana kasutamine siiski tulevikumuusika. Kokku kulutasid teadlased ja insenerid eksperimendiks ligikaudu 300 megadžauli jagu energiat. Suurusjärkude mõttes on see võrreldav sellega, kui olümpiavõitjast ujuja Michael Phelps oleks saanud päev otsa basseinis trenni tegemise eest kaks ja pool Snickersi šokolaadi.

"Meie arvutuste kohaselt on võimalik saavutada lasersüsteemiga saagis, mis ulatub sadade megadžaulideni, kuid oleme sellest väga kaugel," sõnas Kim Budil, Lawrence Livermore'i laboratooriumi juht pressikonverentsil. Parimal juhul võiks valmida tema sõnul esimene tehnoloogiat rakendav elektrijaam mõnekümne, kuid vähem kui 50 aasta pärast: "Oleme heas kohas, kust hakata mõistma, mida on vaja järgmise sammu tegemiseks ja kus on meie piirid."

Tartu Ülikooli plasmatehnoloogia kaasprofessori Indrek Jõgi sõnul on tegu muljetavaldava saavutusega, ent praktilised rakendused on veel kaugel. "Kindlasti on see väga oluline tulemus, aga selle skaleerimine gigavattideni, nagu vaja oleks, selles osas on veel palju teadmatust ja tundmatust," sõnas Jõgi, kes on ise teist tüüpi tuumasünteesi reaktori kallal töötava konsortsiumi EUROFusion liige.

Cambridge'i Ülikooli tuumaenergia lektor Tony Roulstone lootis, et NIF-i täiustades võib olla võimalik tulevikus osa kulutatavast energiast taaskasutada. Ühtlasi muutuvad üha tõhusamaks sarnaste eksperimentideks sobivad laserid. Praegu oli tuumasünteesi algatamiseks kasutatud laserite kasutegur kõigi kadudega arvestades ligikaudu 0,5 protsenti

"Laiemalt peame suutma vabaneva ja kulutatava energia suhet vähemalt kahekordistada. Tuleb meeles pidada, et vabanev soojus tuleb uuesti elektriks muuta ja energiat läheb kaotsi. Seega, NIF-i uus tulemus on kindlasti edulugu teaduse jaoks, kuid suures koguses kasuliku ja puhta energia tootmisest on see veel kaugel," lisas Roulstone.

Kosmiline väljakutse

Teadlased on proovinud tuumasünteesi kasulikuks energiaallikaks muuta juba üle 70 aasta. Sama aatomituumade liitumine on hoidnud tähti säramas miljardeid aastaid. Protsessi algatamine nõuab aga äärmuslikke tingimusi – selleks tuleb ületada aatomituumade vahelised tõukejõud.

Nõnda on Päikese sisemuses valitsev rõhk sadu miljardeid kordi suurem kui maapinnal. Sama lõpptulemuseni Maal jõudmiseks peab küündima temperatuur ligikaudu 100 miljoni kraadini ja nõuab ülikõrget rõhku. Seeläbi on suudetud seni Maal tähti jäljendada vaid termotuumapomme katsetades.

Rahumeelsemates rakendustes kasutatakse sama saavutamiseks kahte lähenemist. Neist ühe raames üritatakse plasmat kokku suruda ülitugevate magnetväljadega.

Teist lähenemist kasutatakse ka riiklikus süüterajatises. Vesiniku teisenditest koosnev kütus pannakse väikese metallsilindri sisse ja seda tulistatakse samaaegselt 192 laseriga. Selle lõpptulemusena tekib silindris piisavalt tugev lööklaine, et algatada aatomituumade liitumine.

Väljakutse suuruse tõttu nimetasid USA riigi palgal olevad allikad pühapäeval ilmunud Financial Times'i artiklis saavutust "suureks teaduslikuks läbimurdeks".

Ühtlasi aitaks see õigustada aastate jooksul NIF-ile eraldatud raha. Rajatis alustas praegusel kujul tööd 2010. aastal. Livermore'i plasmafüüsika juht Siegfried Glenzer oli toona veendunud, et süütepunktini jõutakse juba sama aasta lõpus. Energiat ei õnnestunud plasmale antust rohkem tagasi saada aga ei 2010. aastal ega ka 2012. aastaks. Selleks ajaks oli NIF-i juht Ed Moses võrdlemisi kindel, et eesmärgi saavutamine on käeulatuses.

Kollektiiv teatas läbimurde saavutamisest viimaks 2014. aastal. Samas jäi töörühm toona energeetilises mõttes plussi vaid juhul, kui see võrdles vabanenud energiat energiahulgaga, mis neeldus metallsilindris ja röntgenkiirte vahendusel vesinikkütuses.

Eelmise aasta keskel teatasid NIF-i teadlased, et on jõudnud eesmärgile veel lähemale. Tuumasünteesi käigus vabanes 1,3 megadžauli jagu energiat. Laserite eksperimendi ajal kiiratud energiahulk oli toona ligikaudu kaks megadžauli. Värske teate kohaselt saavutasid nad nüüd süütepunkti ka seda verstaposti aluseks võttes.

Tähest elektrijaam

Kasutatud lähenemisel põhineva elektrijaama ehitamist saadavad mitmed tehnilised väljakatsed. Iga lasuga vabaneb praegu kaugelt vähem energiat, kui läheb tarvis ühe majapidamise elektriga varustamiseks. Veelgi suuremate tarbimisüksuste elektriga varustamiseks tuleks korrata protsessi päevas tuhandeid kordi. Praegu võtab üksnes katseaparatuuri jahtumine mitmeid tunde.

"Minu nägemuses on selle tehnoloogia realiseerimine elektrijaamana veel üsna kaugel. Ma ei hakka muidugi ennustama, kas tokamaki-reaktor saab enne valmis," nentis Indrek Jõgi. Euroopas hakati 2020. aastal ehitama samal põhimõttel põhinevat tuumasünteesireaktorit ITER. Arvutuste kohaselt toodab see kütusest kümme korda rohkem energiat, kui on vaja sinna sisse panna.

Ühe olulisema tokamak-tüüpi reaktorit tööpõhimõtet tõestava katse tulemusi esitleti selle aasta veebruaris. EUROfusion konsortsiumi tehtud eksperimendis vabanes umbes viie sekundi jooksul kokku umbes sama palju energiat, kui on tarvis 190 liitri vee keema ajamiseks. Katse käigus kulutati 60 megadžauli jagu energiat. Tagasi saadi 33 megadžauli jagu energiat.