Tartu ülikooli füüsikud hakkavad Päikest Maale tooma

Tartu Ülikooli füüsika instituudi materjaliteaduse vanemteadur Eduard Feldbach Foto: Kristjan Jung

Euroopa üks suuremaid teadus- ja arendusprojekte EUROfusion, mis loodi tuumasünteesil põhineva elektritootmise saavutamiseks, andis eestlastest ja prantslastest koosnevale teadlasterühmale tööd. Tuumasünteesiga elektrit tootes oleks keskkonnasaaste olematu ja kütust jaguks kauaks.

Asja sisu on kõrge kiirgustaluvusega optiliste materjalide tootmine. Neid materjale võiks tulevikus kasutada tuumasünteesireaktorite talitust jälgivates diagnostikaseadmetes.

Energiat tootva tuumasünteesi kohta öeldakse naljatlevalt, et see on alati 20 aasta kaugusel. Seni püüdmata unistuse teostumine tähendaks piltlikult öeldes Päikese Maale toomist ning inimkond võiks igaveseks sõna «energiakriis» ära unustada. Tuumasünteesi abil elektritootmine on ihaldusväärne seetõttu, et võrreldes praeguste tuumajaamadega oleks keskkonnasaaste olematu ja kütusekomponente jätkuks väga kauaks.

Selle nimel teevad tööd mitmed uurimiskeskused üle maailma, teiste seas ka Euroopa tuumasünteesiuurijate ühendus EUROfusion. Ühenduse ülim eesmärk on hakata tuumasünteesi abil elektrit tootma ja sellega peaks hakkama saama projekteerimise algstaadiumis olev elektritootmise demonstratsioonireaktor DEMO. DEMO peaks hakkama elektrit võrku andma 2050. aasta paiku. Juba Prantsusmaal ehitamisel olev hiigelsuur eksperimentaalreaktor ITER peaks aga praeguste plaanide kohaselt tööle hakkama umbes 2025. aastal, kuid tegu on teadusprojekti, mitte elektrijaamaga.

Kuidas Päikest Maale tuua?

Päikesel ja teistel tähtedel toimuva vesinikutuumade ühinemise ehk tuumasünteesi maapealsetes tingimustes matkimise ülima keerukuse on tabavalt kokku võtnud Prantsuse füüsikanobelist Pierre-Gilles de Gennes: «Tahame Päikese karpi panna. Paraku ei tea me veel, kuidas seda karpi teha.»

Kujundliku «karbi» ehk tuumasünteesireaktori ehitamisel on üks kriitilisemaid küsimusi reaktorikomponentide materjalide kiirgustaluvus.

«Reaktorisse peidetud päikesematkija paneb küll efektiivselt tööle elektriturbiini, kuid võib samal ajal laastavalt mõjuda kõigile tuumasünteesi protsessi läheduses asuvatele reaktorikomponentidele,» selgitas füüsika instituudi materjaliteaduse vanemteadur Eduard Feldbach.

Tema sõnul on elektritootmiseks sobiliku reaktori valmistamiseks vaja kiirgusele oluliselt vastupidavamaid materjale kui täna osatakse valmistada. «Materjaliteadlastel tuleb siin uute ideede arendamiseks seljad kokku panna,» sõnas ta.

Just seda ta juba mitmeid aastaid Tartu Ülikooli füüsika instituudi ioonkristallide füüsika labori ning Prantsuse riiklikku CNRS süsteemi kuuluva labori (Laboratory of Science of Processes and Materials) kolleegidega teinud ongi. Üheskoos loodetakse luua kiirgusele eriti vastupidavad optiliselt läbipaistvad materjalid, mida võiks kasutada tulevikureaktori talitust jälgivates diagnostikaseadmetes.

Spinelli struktuur

Selline optiline materjal tahetakse välja töötada uue nn spinell-nitriidide materjalide klassi baasil. Spinelli struktuuriga materjalidel on üks kiirgustaluvuse seisukohast kasulik omadus, mida võiks nimetada kui self-healing ehk «iseparanemine». «Iseparanevad materjalid» kõlab ulmeliselt, kuid Feldbach sõnul nõuaks selle täpsem kirjeldamine juba teadusartiklit.

Euroopa tuumasünteesiuurijate ühendus EUROfusion on aga kõik sellealased teadusartiklid läbi lugenud ning usub, et sellise uue ja eriti kiirguskindla materjali loomine ja kasutamine tuumasünteesireaktoris on võimalik ning toetas eestlaste ja prantslaste ettevõtmist meetmest Enabling Research. «Küsisime idee teostamiseks kahe aasta peale kokku 540 000 eurot, kuid kui palju meile täpselt eraldatakse pole veel teada. Oleme praegu saanud vaid kinnituse, et oleme väljavalitute hulgas.»

Enabling Research on EUROfusioni üks meetmetest uute ideede ja tehnoloogiate leidmiseks. Tiheda konkurentsiga konkursil, kus eestlaste-prantslaste ühisprojekt rahastuse sai, finantseeriti veel 26 projekti. Kokku esitati 79 taotlust.