Euroopa tuumasünteesi keskuse JET viimane katse lõi uue energiarekordi

Selline näeb välja JET-i termotuumareaktori sisemus katse ajal ja enne katset. Foto: Ühendkuningriigi Aatomienergia Agentuur

Euroopa tuumasünteesi alaseid uuringuid ühendava teaduskonsortsiumi EUROfusion teadlased lõpetasid äsja ambitsioonikad katsed Oxfordis asuvas  maailma juhtivas tuumasünteesi uurimiskeskuses JET (Joint European Torus). Katseseerias suudeti toota suurt tuumasünteesil vabanevat võimsust 5,2 sekundi kestel, mis viis uue energiarekordini 69.26 MJ. Selle saavutamiseks kasutati vaid 0,21 mg kütust.

Konsortsiumi liige ja esindusasutus Eestis on Tartu Ülikooli füüsika instituut. Uurimiskeskuse JET tehnilised võimekused aitasid demonstreerida kõrge energiasaagisega tuumasünteesi protsessi korratavust, kuigi nagu varasematelgi katsetel saadi energiat väga lühikese aja jooksul.

JET saavutas seekordsel katsel tuumasünteesil vabaneva energia tootmisel uue energiarekordi, mis sündis kütuseseguna deuteerium-triitium plasmat kasutades. JET-i läbi viidud katseseerias suudeti paljude katsetega toota suuremat tuumasünteesil vabanevat võimsust 5,2 sekundi jooksul. See viis uue energiarekordini, milleks on nüüd 69,26 MJ, mille saavutamiseks kasutati 0,21 milligrammi kütust.

UKAEA ülikoolilinnakus Ühendkuningriigis Culhamis asuv JET on tokamak-tüüpi disainiga termotuumareaktor, mis kasutab tuumasünteesi toimumiseks vajaliku ülikuuma plasma kooshoidmiseks tugevaid sõõrikukujulisi magnetväljasid.

«Me suudame tekitada tuumasünteesiks vajalikku plasmat hea korratavusega, tarvitades selleks sama kütusesegu, mida plaanitakse tulevikus kasutada kommertsiaalsetes tuumasünteesi elektrijaamades,» ütles Dr Fernanda Rimini, kes on JET-i vanem käitlusjuht ning JET-i teadustegevuste juht, «see näitab meie tegutsemisaja jooksul kogunenud kõrgetasemelisi oskusi.»

Läbilõige JET-i tokamak-tüüpi termotuumareaktorist, kus püstitati maailmarekord. Foto: JET

Kommertsiaalses tuumasünteesi protsessis kavatsetakse enamasti kasutada kahe vesiniku isotoopi, deuteeriumi ja triitiumi segu. Nende liitumisel tekivad heelium ja neutron ning vabaneb tohutul hulgal energiat – see ongi reaktsioon, millel hakkavad põhinevema tulevased tuumasünteesil töötavad elektrijaamad.

EUROfusion programmi juht professor Ambrogio Fasoli lisas: «Tuumasünteesi läbiviimiseks kasutatavate seadmete, nagu näiteks ITER ja DEMO, käitamise stsenaariumide edukas demonstratsioon, mida kinnitab ka uus energiarekord, sisendab suuremat kindlustunnet tuumasünteesil põhineva energiaallika arendamiseks. Lisaks uue rekordi püstitamisele saavutasime teisigi erakordseid tulemusi ning süvendasime oma teadmisi tuumasünteesi füüsikast.»

«Näitasime JET-is, kuidas pehmendada plasmast lähtuva tugeva soojuskiirguse mõju seadme seintele ja kuidas viia plasma seal stabiilsesse olekusse, mis võimaldab vältida energiapursete jõudmist reaktori seinteni. Mõlemad tehnikad aitavad kaitsta tulevaste seadmete seinte terviklikkust. See on esimene kord, kui suutsime neid stsenaariume testida deuteeriumi-triitiumi keskkonnas,» sõnas EUROfusion Tokamak reaktorite käitlemise töörühma juht Emmanuel Joffrin.

Ühendkuningriigi Aatomienergia Agentuuri (UKAEA) uurimiskeskuses Oxfordis panustasid nende katsete läbiviimisse enam kui 300 teadlast ja inseneri EUROfusioni organisatsioonist üle terve Euroopa.

Selline näeb välja Euroopa termotuumareaktor Oxfordis väljastpoolt. Foto: JET

Projektiga on tegeletud juba alates 1983. aastast. JET-i esimesed deuteeriumi-triitiumi katsed toimusid 1997. aastal ja 2021. aastal näidati juba suure võimsusega tuumasünteesi enam kui viie sekundi jooksul, püstitades sellega eelmise maailmarekordi. Kolmas deuteerium-triitium kütusesegu kasutanud katseseeria viidi läbi seitsme nädala jooksul 31. augustist kuni 14. oktoobrini 2023 aastal. Need katsed pühendusid kolmele suunale – plasmauuringud, materjaliteadus ja neutronite transport.

JET lõpetas praeguse etapi teadusuuringud 2023. aasta detsembri lõpus. 2024. aasta veebruari lõpus minnakse edasi seadme elutsükli järgmisesse faasi, mille eesmärk on reaktori kasutusest kõrvaldamine ja taaskasutamine.

JET-il on olnud üle nelja aastakümne tähtis roll tuumasünteesil põhineva energiaallika arendamisel. Uuringutulemustel on samuti ülioluline mõju Lõuna-Prantsusmaal ehitatavale tuumasünteesiuuringute megaprojektile ITER, Ühendkuningriigi elektrijaama prototüübile STEP, Euroopa näidiselektrijaamale DEMO ja teistele ülemaailmsetele tuumasünteesiprojektidele, mis arendavad ohutut, vähese süsinikuheitega jätkusuutlikku energiaallikat.

Millist kütust kasutatakse tuumasünteesiks?

Deuteeriumit ehk rasket vesinikku saab veest eraldada ja seda on maailmas piisavalt. Triitium ehk üliraske vesinik on radioaktiivne ja selle poolestusaeg on ligikaudu 12 aastat. Triitiumit saab toota liitiumist.

Milles seisnes viimatine tuumasünteesi katseseeria (DTE3)?

Kolmas deuteerium-triitium kütusesegu kasutanud katseseeria viidi läbi seitsme nädala jooksul 31. augustist kuni 14. oktoobrini 2023. aastal. Need  pühendusid kolmele suunale – plasmauuringud, materjaliteadus ja neutronite transport.

Kuidas kasutada tuumasünteesil vabanevat energiat?

Tuumasüntees on tähtede ja päikese energiaallikas, mis võib saada pikaajaliseks süsinikuheitevabaks põhivajadusi katvaks soojus- ja elektrienergia allikaks, kasutades selleks väikeses koguses kütust.

Deuteerium ja triitium on tavalise vesiniku kaks raskemat isotoopi, mis omavad kütuseseguna võimalikest tuumasünteesikütustest kõige kõrgemat reaktsioonivõimet. Temperatuuril 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi toimuva deuteeriumi ja triitiumi tuumasünteesi käigus moodustub heelium ja neutron ning vabaneb tohutul hulgal soojusenergiat. Tuumasüntees on oma olemuselt ohutu, kuna see protsess ei saa käivitada ahelreaktsioone ning ei tekita pikaealisi jäätmeid ega kasvuhoonegaase.

Allikas: JET