/nginx/o/2022/08/19/14770343t1h8864.jpg)
Termotuumasüntees õnnestus. Teadlased kinnitavad värskes raportis, et 2021. aastal tehtud eksperiment tekitas tuumasünteesireaktsioonis piisavalt kõrge temperatuuriga keskkonna, et see end ise toita suudaks. See võit toob tuumasünteesi tehnoloogia ka sammukese lähemale energiaallikana kasutamiseks. Vaja on, et saadav energia ületaks kulutatut.
Reaktsioon leidis aset 8. augustil 2021. aastal Lawrence Livermore’i riiklikus termotuumasünteesi uurimisseadmes NIF (National Ingnition Facility) Californias, kuid NIFi teadlased pole sellest ajast suutnud oma saavutust korrata. Viimase aasta jooksul on nad analüüsinud reaktsiooni võimalikuks teinud katsetingimusi, et kindlaks teha, mis õnnestumise tagas.
Veerand sajandit katsetusi
Eksperimendis tabasid 192 maailma kõige kõrgema energiavooga laserit millimeetrisuurust raske ja üliraske vesinikuga täidetud kapslit. Selle tagajärjel muutus kapsel kuumaks plasmaks ja vormus kiiresti tillukeseks keraks. Temperatuur tõusis selle tulemusena umbes 18 000 korda kõrgemaks kui Päikese pinnal. Rõhk sellele vesinikukerale oli 100 miljonit korda suurem kui Maa atmosfääris.
Neis äärmuslikes tingimustes toimus vesinikuisotoopide aatomite tuumasüntees ja vabanes 1,3 megadžauli energiat – see on samaväärne kümne tuhande triljoni vati võimsusega energiakogu 100 triljondiku sekundi kohta. See on siiani suurim NIFi arendatud võimsus.
Eksperiment tõi selle protsessi lähemale ka sellisele termotuumasünteesi reaktsioonile, mida võiks energiaallikana kasutada. See täitis Lawsoni kriteeriumi, mille järgi peab termotuumasünteesi temperatuur olema piisavalt kõrge, et ületada kõik füüsikalised protsessid, mis võiksid plasmat jahutada.
Soodsad olud
«Esimest korda oleme laboris Lawsoni kriteeriumi täitnud,» ütleb teadlane Annie Kritcher.
Sam Wurzel USA energeetikaministeeriumist ütleb, et kriteeriumi ületamine on oluline tõend reaktsiooni käivitumise kohta, ja see tulemus kiirendab tõenäoliselt tuumasünteesi teadus- ja arendustegevust nii riikliku julgeoleku kui energeetikarakenduste jaoks.
Lawsoni kriteerium, mille sõnastas 1955. aastal füüsik John Lawson, võtab arvesse selliseid muutujaid, nagu plasma tihedus ja ka püsiva reaktsiooni tekitamiseks vajalik aeg. «Seal sünnib nn ahelsüttimine: sünteesireaktsioon põhjustab rohkem sünteesireaktsioone, mis põhjustab omakorda veel rohkem sünteesireaktsioone,» ütleb Princetoni ülikooli teadlane Steven Cowley.
Riiklik termotuumasünteesi uurimisseade
NIF - National Ignition Facility
- 1980. aastatel hakati detailsemalt kavandama seadet, kus võimsad laserid oleksid fookustatud ühte punkti, milles paiknevad vesiniku isotoobid deuteerium ja triitium, mille kokkusurumisel loodeti käivitada iseennast energeetiliselt varustav termotuumareaktsioon.
- Tegemist on magnetväljas hoitaval plasmal toimiva termotuumareaktori konkurendiga.
- Esimene versioon NIFi seadmest valmis ajavahemikul 1994–1997.
- Ühte punkti on sihitud 192 võimsat laserit ja sellesse kohta sünteesikambris on paigutatud kullast kapsel vesiniku isotoopidega.
- 2010. aastal alanud katsetega tõsteti vabaneva energia hulka arvukate katsetega kõigest 0,2 megadžauli piirimaile.
- Aasta tagasi jõuti 1,3 megadžaulini, mis vabaneb tänu sellele, et laservalgusega pressitakse aine kokku kiirusega 350 km/s.
Analüüsis kõrvutati katseandmeid Lawsoni kriteeriumi üheksa versiooniga, millest igaüks dikteerib, kuidas mõõdikud peaksid reaktsiooni käivitumiseks üksteisega suhestuma, ning saadigi kinnitus, et süttimiseni jõuti nende kõigi tingimuste järgi ja välistati reaktsiooni kalduvus jahtuda ja peatuda. Kui reaktsioon poleks iseergastuvalt kuumenenud, oleks energiatootlus olnud palju väiksem.
Alates 2021. aasta augustist on NIFi teadlased teinud neli sarnast eksperimenti, milles on õnnestunud energiat toota kuni kaks kolmandikku 8. augustil saavutatust. Kritcheri sõnul päris süttimiseni siiski ei jõutud. Ta ütleb, et eksperiment on väikeste muutuste suhtes – näiteks vaevumärgatavad erinevused iga vesinikukapsli struktuuris või väikesed erinevused laserite intensiivsuses – väga tundlik.
«Kui lähtepunkt on kasvõi mikroskoopiliselt ebasoodne, kajastub see hiljem suure erinevusena lõplikus energiatootluses,» ütleb Londoni Imperial College’i teadlane Jeremy Vhittenden.
Taastootmist tuleb oodata
Usaldusväärse ja korduva süttimiseni jõudmine NIFis oleks märkimisväärne saavutus, kuid termotuumasünteesil töötavate elektrijaamade avamise teel on veel üks takistus. Nimelt peab pärast süttimist toodetud energia hulk olema sama suur või suurem kui laserite panustatud energiakogus. 8. augusti eksperiment andis tagasi 72 protsenti käivitusenergiast.
See muudaks termotuumasünteesi elektrijaamad tulevikus otstarbekamaks. Kuid sinna võib minna veel palju aastaid – Cowley sõnul oleks kommertsjaamadel vaja sada korda suuremat väljundit, kui on süttimiseks vajalik.
Algselt populaarteaduslikus ajakirjas New Scientist ilmunud artikkel ilmub Postimehes väljaande loal. Inglise keelest tõlkinud Mariliis Kolk.