"Meie jaoks on see viimase 20 aasta tähtsündmus ning Eesti teadlaste üks reaalne võimalus panustada tokamak-tüüpi tuumasünteesi reaktorite arendamisse. Loodetavasti annab saadud kogemus meile aluse jätkata ITER-i reaktori juures," sõnas Indrek Jõgi, Tartu Ülikooli plasmatehnoloogia kaasprofessor. Viimase näol on tegu esimese täismõõdus katsereaktoriga, mis annab vesinikutuumade liitmisega välja rohkem energiat, kui teadlased protsessi algatamiseks kulutavad. Teisisõnu jäljendavad nad sellega sügaval tähtede sisemuses toimuvat.

Eesti ja veel kaheksa partnerriigi teadlaste kasutatud meetod põhineb laserindutseeritud plasma spektroskoopial ehk LIBS-il. Uuritavale materjalile suunatakse lühikeseks ajaks nii võimas laserkiir, et see suudab aurustada isegi metalle. Aatomiteks ja ioonideks lahutatud elemendid kiirgavad saadud energiast vabaneda üritades valgust, paljastades materjali pinnas leiduvate elementide ainulaadse sõrmejälje. Sama lahendust kasutab näiteks Marsi pinda uuriv kulgur Curiosity. LIBS-ist on praegu kasu arheoloogias ja mäetööstuses.

Tuumasünteesireaktoris analoogsete uuringute tegemisteks on vaja kasutada robotkätt potentsiaalselt radioaktiivse keskkonna tõttu. See seab piirid analüüsiseadmete kaalule ja suurusele. "Robotkäsi on olnud viimase viie-kuue aasta teema, millesse panustasid itaallased oma teadustööga. Nüüd ehitati Inglismaal selle peale veel keerukam robotkäsi. Meie roll oli täiendavalt optimeerida sellel olevat optikat," selgitas Jõgi. Tartu töörühma varasemad uuringud on muu hulgas andnud teadlaskonnale parema aimduse, kuidas eristada deuteeriumit triitiumist.

Tuumasünteesiuuringute sõõrikukujulises JET-i reaktoris 2023. aasta sügisel tehtud katsed näitasid, et enam kui 20 meetri pikkusel robotkäel põhinev lahendus toimib. Tuumasünteesiks kasutatud vesiniku isotoopidest, deuteeriumist ja triitiumist, koosnevat kütusesegu oli võimalik tuvastada reaktori seinaplaatides.

"Saavutatud tundlikkus oli piisav. Juba see, kui seda leidub proovis 0,5 protsenti, võib olla piisav, et neid isotoope näha seal," lisas plasmafüüsik. Võimekus triitiumit märgata on oluline, sest see vesiniku isotoop on radioaktiivne. Reaktori seinale ladestudes kujutaks see ohtu reaktorit hooldavatele töölistele. Hiidreaktorit oleks vaja puhastada juba siis, kui triitiumit leidub seintes alla ühe kilogrammi.

Katses kaasa löönud Tartu Ülikooli doktorant Jasper Ristkok rääkis, et ettevalmistus kirjeldatud katseks algas juba mitu kuud varem. "Inglismaal oli vaja suure seadmega töö tegemiseks end ette valmistada, et üldse aru saada, mis toimub. Enne seda käisime kevadel Soomes ning tegime harjutuskatseid samast reaktorist pärinevate, kuid vanade juppidega. Kõik, kes harjutuskatsetel osalesid, olid ka Inglismaal kohal," meenutas doktorant. Ristkok ise töötas ligi kuuaega kestnud katseseeria esimeses vahetuses, aidates eksperimenti püsti panna.

Nagu teaduses tavaks, oli vaja teha jooksvalt muudatusi. "Algne plaan võib olla väga uhke, kuid ükskõik kui hästi seda planeerida, läheb midagi ikka viltu. Katseteks jääb seetõttu vähem aega," nentis Ristkok. Kui algselt plaanis töörühm määrata reaktoriseinte koostise umbes 950 kohas, siis katseseeria lõpuks õnnestus seda teha ligi 800 paigas.

Doktorant tunnistas, et päris üksinda ning napi rahastusega on tuumasünteesi vallas tegutsedes väga raske läbi lüüa. Suures ja rahvusvahelises kollektiivis tegutsemist pole samas mõtet peljata. "Kui inimene panustab sinna kuuluvasse väiksemasse rühma oma teadmiste ja oskustega ning saab mingi katsetulemuse. Siis liigub see info suuremasse ringi, kus tehakse juba kriitilisi otsuseid näiteks reaktori ehituse kohta. Niimoodi võib isegi minu isiklik panus kõrgele tasemele välja jõuda," sõnas Ristkok.

Tulevikuplaanid

Inglismaal asuv JET-i reaktor on praeguseks pärast 40 aastat oma töö lõpetanud. Nüüd, pärast uue energiatootmise rekordi püstitamist 2023. aasta sügisel, ootab seda lahtimonteerimine.

Indrek Jõgi märkis, et ühelt poolt tõestas katse robotkäel ja LIBS-il põhineva lähenemise elujõulisust. Selle ITER-is kasutamiseks on vaja meetodit edasi uurida. "Pole saladus, et ITER-i aktiivne faas on edasi lükatud ning sellega seoses tehti oluline muudatus seinamaterjalis. Kui JET-i reaktori seinad koosnesid berülliumist, siis ITER-is plaanitakse nüüd kõikjal kasutada volframit. Kuigi sellega on varem katseid tehtud, peame järgnevatel aastatel tegelema selle materjalimuutusega," kirjeldas plasmafüüsik.

Praeguse kava järgi saab Prantsusmaal paiknevat hiidreaktorit töötamas näha kõige varem alles 2039. aastal. Jõgi tõi samas välja, et tuumasünteesi arendamisega tegelevad mitmed USA erakapitalil põhinevad ettevõtted ning viimastel aastatel ka Hiina. "On mõeldud juba sellele, kuidas ITER-ist edasi minna, näiteks DEMO seadmega, mis peaks ka juba elektrit andma. Neid plaanitakse mitmele poole Euroopasse ja Jaapanisse. Hiina toimetab selles vallas väga agressiivselt. Juba liigutakse selles suunas, et katseid saaks teha ka ilma ITER-ita," loetles füüsik.

Jasper Ristkok kavatseb aga esmalt kaitsta oma doktorikraadi. "Nali on selles, et alusmaterjali oli mul diplomitöö kirjutamiseks piisavalt juba enne Inglismaal käimist. See käik oli rohkem teaduse ja inimkonna hüvanguks laiemalt. Samas saan ikkagi kirjutada sellest ka oma doktoritöös ehk see kindlasti mööda külgi maha ei jookse. Sündisin ikka õigel ajal," muigas füüsik.