Tartu ülikooli füüsikud aitavad Päikese Maale tuua ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Tartu ülikooli füüsikud aitavad Päikese Maale tuua
Tartu ülikooli füüsikud aitavad Päikese Maale tuua Autor/allikas: EUROFusion
Füüsika instituut arendab tehnoloogiat, mis lubab jälgida tuumaasünteesireaktori seinte olukorda.

Lõuna-Prantsusmaal Cadarache´is peaks 2019. aastal valmima eksperimentaalne tuumasünteesireaktor (ingliskeelne lühend ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor). Oma osa on selles ka eestlastel. Tartu ülikooli füüsika instituut arendab tehnoloogiat, mis lubab jälgida reaktoriseinte olukorda.

Päikesel ja teistel tähtedel vabaneb tohutu kogus energiat kergemate tuumade transformeerumisel raskemateks. Selleks, et tuumade liitumist (tuumasünteesi) realiseerida maapealsetes tingimustes, tuleb saavutada saja miljoni kraadi (108 K) lähedane temperatuur. Sel temperatuuril ühineb raske vesiniku (deuteeriumi) tuum üliraske vesiniku (triitiumi) tuumaga ning tekib heelium. 

Võrreldes tavapõlemisel süsiniku ja hapniku aatomi ühinemisel vabaneva energiaga, on tuumade liitumisel eralduv energia miljon korda suurem. Tuumasünteesireaktori loomine on ihaldusväärne ka seetõttu, et võrreldes praeguste tuumajaamadega on keskkonnasaaste olematu ja reaktsiooni lähtekomponente jätkub väga kauaks. 

Eesmärgini jõudmise ülima raskuse on kenasti kokku võtnud Prantsuse füüsikanobelist Pierre-Gilles de Gennes: "Tahame Päikese karpi panna. Paraku ei tea me veel, kuidas seda karpi teha."

Paljude maade aastakümnete pikkuse ühistegevuse tulemusena on samm-sammult lähenetud lõppeesmärgi poole. Järjekordset võimast reaktorit – ITERit - ehitavad Euroopa Liit, Hiina, India, Jaapan, Lõuna-Korea, Venemaa ja USA. Euroopa tuumasünteesiuurijad on omakorda ühinenud EUROFusioni konsortsiumi. 27 riigi tuumasünteesiga tegelevad laborid valmistavad ette ITERi eksperimente.

EUROFusioni kuulub ka TÜ füüsika instituudi kaks laborit. Gaaslahenduslaboris arendatakse reaktoriseinte kaugseire tehnoloogiat - laserindutseeritud plasma spektroskoopiat ehk LIBSi (ing k laser induced breakdown spectroscopy).

Milline on LIBSi roll? Selgitab TÜ füüsika doktorant Kaarel Piip.

Kuna ülikuum plasma - vesiniku raskete tuumade segu -  sulatab kõik materjalid, hoitakse seda magnetväljas hõljumas – plasmasulustatakse. Paraku pole sulustamine täielik, osa plasmast puutub kokku reaktori seintega ja kahjustab neid.

Seepärast on vaja reaktori seinte seisukorda pidevalt jälgida. Mõõteriistade ehitamine reaktori sisse pole võimalik kuumuse tõttu. Hiiglasliku seadme avamine ja sulgemine aga võtaks kuid. Lahenduseks on vaid kaugseire näiteks LIBSi abil.

Meetodi tööpõhimõte on tegelikult lihtne. Uuritavale objektile suunatakse väga lühikese kestusega laservälge. Laservälke energia on nii suur, et osa ainet aurustub ja ioniseerub – tekib plasma. Tekkinud kuum plasma kiirgab valgust. Just seda valgust mõõdetakse LIBS- tehnoloogia rakendamisel. Nimelt on kiiratava valguse spekter (värvus) iga aine jaoks erinev ning selle abil saab uuritava objekti koostise kindlaks teha. 

Tänu LIBSi tundlikkusele ja kiirusele kasutatakse seda laialdaselt mitmetes eri valdkondades. Näiteks on laserdiagnostika minilabor lennutatud ka Marsile. Kulgur Curiosity kasutab seda kivimite koostise määramiseks.

ITERis võiks reaktoriseinte jälgimine välja näha nii: läbi seadmes oleva vaatlusakna suunatakse laservälge seinale. See aurustab tillukese hulga seinamaterjalist, läbi sama akna mõõdetakse aurustunud aine tekitatud valguse spekter ning selle põhjal määratakse materjali koostis. Aurustunud aine hulk on nii väike, et tekkinud tühimik ei kahjusta seina.

LIBSi kasutuselevõtt kuulub  ITERi prioriteetsete teemade hulka. Gaaslahenduslabor TÜ teadlased arendavad LIBSi nii koduses laboris kui Hollandis Utrechti lähedal olevatel plasmaseadmetel, kus ITERi reaktoris sobivaid materjale mõjutatakse võimsate plasmavoogudega.

Toimetaja: Piret Pappel

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: