„Stellaraator“ Wendelstein 7-X keerab tuumafusiooni-energeetikale uue vindi peale

Saksamaa kirdenurgas Greifswaldis peiknevas suures kompleksis ootab uus ja ebatavaline tuumafusioonireaktor enne esmakordset käivitamist paari viimase kontrolltesti läbimist. Agregaati nimetusega „fusioon-stellaraator Wendelstein 7-X“ on konstrueeritud rohkem kui 15 aastat ning väidetavalt on see magnetiliselt nii tõhus, et peaks suutma oma röögatuvõimsa magnetvälja kütkes ohjeldada ülikuuma plasmat katkematult rohkem kui 30 minuti vältel.

Stellaraatorit, mille esialgse idee pakkus 1950. aastal välja Princetoni ülikoolis töötanud Lyman Spitzer, peeti 20. sajandi keskpaigas kättesaadavate materjalide kvaliteedist johtunud tehniliste piirangute tõttu liiga keerukaks projektiks. Fusioonenergeetika-alase uurimistöö standardmudeliks kujunes selle asemel hõlpsamini konstrueeritav toroidreaktor tokamak (vn токамак; тороидальная камера с магнитными катушками).

Ehkki aegade jooksul on siiski valmis ehitatud paar stellaraatorit— neist tähelepanuväärseim on vast praeguse värskeima versiooni eelkäija nimetusega Wendelstein 7-AS —, on plasma täieliku ohjeldamise ja stabiilse juhtimise tagamiseks hädavajalike kalkulatsioonide tegemine saanud võimalikuks alles pärast superraalide laialdast kasutuselevõttu.

Erinevalt tokamakkidest väldib stellaraator stabiilsema keskkonna saavutamise huvides reaktori sisemuses elektrone ja ioone ringi ajava elektrivoolu tekitamist plasmas. Selle asemel liigutavad osakesi ainuüksi välised magnetväljad. Tänu sellele on stellaraatorid praktiliselt immuunsed plasma äkilise ja ootamatu segipaiskumise ning ülivõimsate — ja sageli hävituslike — magnetvälja-kollapsite suhtes, mida tokamakkides mõnikord ette tuleb.

Nii suudab stellaraatorreaktor hoida plasmat kammitsevas väljas, mis läbi magnetspiraalide kompleksi keerdudes hoiab plasmat pidevalt reaktori seintest eemal. Nimelt on magnetväli tavalises sõõrikukujulise vaakuumkambriga tokamakis kambri keskel tugevam kui välisküljel, mis tähendab, et tokamakis sisalduv plasma kipub triivima välisseinte poole, kus toimub selle kollaps.

Stellaraatorreaktor ennetab selliseid olukordi, kuna kogu selle vaakuumkambrile on antud krussis kuju, mis suunab plasmavoogu pidevalt reaktori keskele, kuna plasma puutub kogu oma pikkuses kogu aeg kokku erisuunaliste magnetväljadega.

Stellaraatori eelised tokamakkide ees ei tule aga kätte odavalt, kuna arvukad käänud ja pöörded, mis teevad stellaraatori plasmale tõhusamaks magnetlõksuks, tähendavad, et paljud osakesed lähevad lihtsalt kaduma, kuna kalduvad oma tarjektoori vaakuumkambri kujule vastavaks kohandamise käigus kursilt kõrvale. Selle takistamiseks tuleb stellaraatorile lisada veel hulk magnetspiraale, mis tuleb maksimaalse tõhususe tagamiseks paigaldada väga lühikeste vahemaade taha ümber reaktori ning mida tuleb jahutada vedela heeliumiga.

Ainuüksi Wendelstein 7-X juurde kuuluvad viiskümmend 3,5 meetri kõrgust mitteplanaarset ülijuht-elektromagnetit kaaluvad kokku umbes 425 tonni ja nende paigutus teeb reaktori konstrueerimise erakordselt keeruliseks — rääkimata tõsiasjast, et vedela heeliumi suurte koguste pumpamine absoluutsele nullile lähedastel temperatuuridel ilmneva ülijuhtivuse tagamiseks teeb Wendelstein 7-X-ist torumehe õudusunenäo ja muudab niigi keerulise tasakaalutriki veelgi komplitseeritumaks.

Tänavu oktoobri lõpus on oodata Saksamaa tuumaenergia kontrollorganite heakskiitu eksperimentaalse reaktori arendamise jätkamisele ning juba novembrisse on kavandatud stellaraatori Wendelstein 7-X esimesed täisoperatiivsed töökatsed.

Võimalik, et kogu Euroopa fusioonenergeetika-põhine tulevik sõltub sellest, kas rohkem kui miljard eurot maksma läinud ja seni üle miljoni inimtöötunni nõudnud tuumafusioonreaktor hakkab tööle ootuspäraselt või mitte.