Massachussetsi tehnikainstituut ehitab odava tulevikuenergia tootmiseks maailma võimsamaid ülijuht-magneteid
Kõige paljulubavam puhta energia allikas, mida inimkonnal on lootust rakendada, on jätkuvalt tuumasüntees, ning Massachusettsi tehnikainstituudi MIT uurijad pälvisid äsja 30 miljoni USA dollari suuruse rahastuse, et see teoks teha.
MIT on ühendanud jõud hiljuti asutatud eraettevõttega Commonwealth Fusion Systems. Koos loodetakse tuumasünteesi-põhine elektrijaam käima saada järgmise 15 aasta jooksul.
Tuumasünteesi (ingl nuclear fusion) ei maksa ajada segamini tuumade lõhustamisega (ingl nuclear fission) — nüüdisaegse tuumaenergeetika alusprotsessiga, mis toodab energiat vesinikuaatomeid heeliumiks lõhustades.
Tuumasüntees on aga protsess, mis leiab aset nt tähtede, sh meie endi Päikese sisemuses. Tuumade ühinemise käigus tekkiv kuumus võib kerkida sadade miljonite kraadideni. Seda kuumust oleks võimalik teisendada tohutuks hulgaks elektriks.
Teadlased on aatomituumasid liitvate reaktorite arendamisega tegelenud 1940. aastatest peale. Seni on kõigi selliste katsete juures peamiseks komistuskiviks olnud asjaolu, et reaktorid ei suuda toota niigi palju energiat, kui kulub nende käitamiseks, rääkimata kasulikust ülejäägist.
Üks kõige paljutõotavamaid tuumasünteesi-reaktoreid on nn tokamak — kamber, kus võimsate magnetitega tekitatud magnetväli koolutab tuumade sünteesi käigus tekkinud kuuma plasma tulva toori e rõngaspinna kujuliseks.
Instituudi uurijad loodavad konstrueerida kompaktse tokamaki nimega SPARC, mis suudaks toota sada megavatti kuumust. Seda ei muundata elektriks, vaid kasutatakse hoopis kümne sekundi pikkuste impulsside tekitamiseks, mille energiast piisaks väikelinna varustamiseks elektriga — ja mida on kaks korda rohkem plasma kuumutamisele kuluvast energiahulgast.
Nii loodetakse küündida tehniliste verstapostideni, mis on 200 MW võimsusega täismõõdus tuumasünteesi-reaktori prototüübi ehitamise eelduseks.
Selle kompaktse tokamaki konstrueerimise juures on kõige olulisemaks etapiks maailma kõige võimsamate ülijuht-magnetite arendamine. Projekti esimesel kolmel aastal tegelebki MIT töörühm just nende loomisega.
Magnetid valmistatakse alles hiljuti turule toodud ülijuhtivast materjalist, ütrium-baarium-vaskoksiidiks (YBCO) nimetatava ülijuhtiva ühendiga kaetud teraslindist.
Töörühma osutusel peaks need magnetid tekitama neli korda tugevama magnetvälja ja tootma kümme korda rohkem energiat kui ükski käimasolev tuumasünteesi-eksperiment.
Lisaks võiks YBCO-lint vähendada tuumasünteesi-agregaatide ehitamise kulu, aega ja keerukust, nagu ka rajatavate elektrijaamade mõõtmeid, mis teeb tehnoloogia puhtpraktilises mõttes kättesaadavamaks.
„Magnetit eelisarendades loodame jõuda tõeliselt vettpidava lahenduseni kolme aastaga,“ selgitas Massachusettsi tehnikainstituudi tuumasünteesi- ja plasmauuringute keskuse juhataja Dennis Whyte. „See annab meile palju enesekindlust ja veendumust, et just meil on parim võimalus leida vastus kõige olulisemale küsimusele — kas magnetvälja kapseldatud plasmast on võimalik toota kasulikku energiat?“
Mõistagi pole MIT ainus asutus, mis aega ja energiat tuumade sünteesi probleemi lahendamisele kulutab. Rahvusvaheline koostööprojekt ITER Prantsusmaal on hetkel ametis hiiglasliku tokamaki ehitamisega, kus peaks 2025. aastal algama maailma suurim plasmafüüsika-eksperiment.
Ühendkuningriigi ettevõte Tokamak Energy kasutab tuumasünteesi-energia turuletoomise võidujooksus samuti miniatuurseid tokamakke, et panna uurijate hüpoteese proovile kiiremini kui suuremad reaktorid seda võimaldavad.
