Soomes esitleti tuumajaamaga seotud hiigelrobotit

 (4)
Soomes esitleti tuumajaamaga seotud hiigelrobotit
Reuters/Scanpix

Nädala eest esitleti Tamperes hiiglaslikku robotit, mis on määratud katsetusliku tuumajaama ITER tarbeks. Prantsusmaale ehitatavast tuumajaamast loodetakse alusepanijat uut tüüpi, ohutumale tuumaenergeetikale.

Tamperes paikneva tehnilise uurimiskeskuse VTT suur hall on küll talvehommikuselt hämar, ent seestpoolt valgustab seda hulk prožektoreid, mis suunavad oma valgusvihud halli seina ääres lebavale metalsele kolossile, kirjutab Eesti Päevaleht.

See on ürituse kangelane, robot, mis peab edaspidi hakkama sisenema tuumasünteesreaktori südamesse, ja mille pidulikuks avamiseks on kohal Eur­oo­pa tuumaenergia projekti juhtivad tegelased, aga ka kümneid reportereid kogu Euroopast, sealhulgas Inglismaa, Hispaania ja Prantsusmaa juhtivatest ajalehtedest.

Väike kääksatus ja 8,5-tonnine kolossaalne vedurisuurune robot läheb liikvele. Selle ülesanne on siseneda sinna, kuhu inimene minna ei saa — fusioonreaktori südamikku, et tuua sealt välja üheksa tonni kaaluv divertorikassett, mis puutub reaktori töötades kokku tohutu kuumusega ja vajab aeg-ajalt vahetamist. Aeglaselt liigutab koloss oma nokka, mis töövariandis peaks kinni haarama saastunud ja äraaetud kassetist ning selle reaktori südamikust oma haardes välja tirima. Sama aeglase kiirusega, mõni sentimeetrike sekundis liigub robot vaikselt nagisedes mööda raudtee painduvat ketti.

Praegu on tegu roboti elusuuruses ja -kaalus prototüübiga. Tõeline robot, mis tuumatulega kokku puutunud kassette vahetama hakkab, saab tööd umbes kümne aasta pärast. Siis valmib plaanide kohaselt Prantsusmaal Cadarache’is fusioonireaktor, millel kogu maailma tuumateadlased hakkavad katsetama, kas saab plasmat hoida töös nii pikka aega ja stabiilselt, et tuumajaam hakkaks kergete tuumade ühinemisel vabanevat energiat andma. Selle eesmärgi nimel on moodustatud ülemaailmne projekt, mis kannab nime ITER — mis tähendab ladina keeles teed.

Seotud lood:

Uue energiaajastu saavutamiseks on jõud kokku pannud seitse osapoolt — Euroopa Liit, USA, Jaapan, Hiina, India, Lõuna-Korea ja Venemaa. Eelmisel neljapäeval tutvustati katseplatvormi koodnimega DTP2 koos hooldusrobotiga, mis sellel sõidab. See valmis Tampere tehnoloogiaülikooli, uurimiskeskuse VTT ja metallifirma TP Konepajat ning Luksemburgi ja Hispaania firmade osalusel. VTT presidendi Erkki Leppävuori sõnul on tegu tehniliselt kõige nõudlikuma projektiga, mida Maal eales ette võetud ja mille taga on pool Maa elanikkonnast.

Rahvusvahelise organisatsiooni ITER direktor Norbert Holtkamp rõhutab, et tegu on ses mõttes ainulaadse rahvusvahelise koostööga, et iga osapool saab osa igast reaktori osadetailist nii teabe kui ka tehnilise osaluse mõttes. „Me ei valmista nagu autot, et üks firma teeb mootori, teine alusraami, vaid kõik osapooled ehitavad iga komponendi tükki üheskoos.” See tagab ka, et oskusteave on osapooltele vaba, mitte salastatud. Mida näitas ka divertori esitlus — pildistamine oli kõigile vaba, mitte nagu autofirmades või tuumajaamades, kus kaamerad kähku ära korjatakse.

Ometi peab hooldusrobot platvormil end liigutama millimeetrise täpsusega. „Seda täpsust on meie töötingimustes palju raskem saavutada, kui tuua süstik tagasi Maale,” võrdleb Euroo­pa fusiooniprojekti direktor Didier Gambier. Tingimused, kus kassetid tulevikus töötavad, on tõepoolest vinged. Et reaktori tuumaks olevat plasmat ülal pidada, peab selle temperatuur olema kümme korda kõrgem kui Päikese temperatuur ehk 100 miljonit kraadi. Samal ajal vajatakse ka väga hõredat vaakumit. „See on kõige raskem keskkond mitte ainult Päikesesüsteemis, vaid kogu universumis,” ütleb Gambier.

Kasseti väljatoomine

Praegu Euroopa tuumauuringute keskuses CERN-is ehitatav suur hadronite põrguti LHC on saanud enesele samuti ajaloo keerukaima ja suurima teadusprojekti nime. Holtkamp peab ITER-it siiski eriliseks: „Meil on suurem rahastamine ja ka osapoolte integratsioon on olnud raskem.

See on LHC-st täiesti erinev kontseptsioon.” Cadarache ei pea ehitusmehi kaua ootama. Ehitustööd algavad Holtkampi sõnul märtsis-aprillis.

Töötavas reaktoris liituvad deuteeriumi ja triitiumi tuumad, vabastades neutronid ja heeliumiaatomid. Kiirete neutronite energia abil toodetakse turbiine pööritavat auru.

„Kiired neutronid lähevad, kuhu tahavad, ja muudavad neile ette jäävad materjalid radioaktiivseks,” selgitab ITER-i euroliidu agentuuri kaugjuhtimissüsteemide eest vastutav insener Luigi Semeraro. Samal ajal on heeliumi aatomid kui suits, mis saastab plasma käigushoidmiseks vajaliku vaakumi. See tuleb kõrvaldada. Nii nagu tuleb vahetada hiigelkuumuses kahjustunud 54 plasmat ümbritsevat ja kõrgkuumust taluvat kassetti.

Esitletava roboti ja platvormi ülesanne ongi kord umbes seitsme aasta tagant kassetid radioaktiivsest reaktori sisemusest välja tuua ning saja meetri kaugusele kõrvalmajja toimetada, et neid seal siis parandada või asendada saaks. Ja muidugi siis ka kassetid reaktorisse tagasi viia.

Robot ja platvorm on ehitatud virtuaalse reaalsuse simulaatori abiga, millel Tampere tehnoloogiaülikooli noor seltskond selle riista ammu enne metalli valamist korralikult disainis ja kõikvõimalikud veadki ette mängis. „Me ei saa teha vigu, süsteem peab töötama,” kinnitab Semeraro.

Aega kümme aastat

Et see nõnda ka oleks, on Tampere teadlastel ja inseneridel aega katsetada järgmised kümme aastat. Robot ei pea olema ainult transportija, see peab oskama avada ja sulgeda pulte ja uksi, lõigata lahti ja ühendada ühenduspolte ja teha sedasama ka ühenduskaablitega.

Ning lisaks veel imeda kassetid puhtaks radioaktiivsest saastast. Kui aga robot läheb rivist välja, tähendab see jõujaama seiskumist aastakümneteks, sest inimene sinna sisse asju parandama minna ei saa. Kuid katseplatvormi projektijuht Mikko Siuko on kindel, et selle üle ei tarvitse muretseda. „Meil on aega küllalt, et süsteem töökindlaks saada,” kinnitab ta.

Justkui tema sõnade toetuseks jõuab robot tagasi lähtepunkti, kogu oma üheksatonnise kasssetiga.

Plasma hoidmisega rasked lood

Kõik olemasolevad tuumajaamad töötavad põhimõttel, et rasked radioaktiivsed elemendid, nagu uraan-235 või plutoonium-239 jagunevad mitmeks osaks ja sellest vabanev energia muundatakse esmalt soojuseks, mida seejärel kasutatakse elektri tootmiseks. Sellise lõhustamisprotsessi (ingl fission) kasutegur on üllatavalt väike. Need tuumajaamad on ka ohtlikud ja tuumajäätmed veel ohtlikumad. Tuumakütust on Maal üsna piiratult.

Teine võimalus aatomituumadesse köidetud energiat kätte saada on algatada tuumasüntees ehk fusioon (ingl fusion). Lihtne öelda, raske teha. Kaks vesinikuaatomi tuuma ei taha teineteist nii lähedale lubada, et saaks moodustada heeliumi- aatomi tuuma. Selleks on positiivselt laetud tuumade vaheline tõukejõud liiga suur.

Päikesel ühineb neli vesiniku tuuma heeliumiaatomi tuumaks. Kuid Päikese sisemuses, kus reaktsioon toimub, valitseb 10 miljoni kraadine temperatuur, nii et vesinikuaatomi tuumad on paljad, neid ümbritsev elektronkate puudub. Tuumad ja elektronid moodustavad ühtse seguoleku ehk plasma.

Maal loodetakse plasmat hoida vene füüsikute Andrei Sahharovi ja Igor Tamme leiutatud tokamaki-nimelises süsteemis. See on ka ITER-i reaktori sisemuses. Tokamak on sõõrikukujuline seade, kus erinevate ja üksteisega kattuvate tugevate magnetväljade abil hoitakse kuuma ja tihedat plasmat reaktori seinte vahel nii, et see hõljuks seinu puudutamata.

1970. aastatel arenes tokamaki tehnika kiiresti ja tekitas lootusi, et kohe-kohe on kontrollitav tuumasüntees käes. Seni on tokamakkide käigushoidmiseks läinud enam energiat, kui sealt välja tuleb. Üks põhjusi on, et energiarikas vesinikgaas on osav magnetlõksust välja lekkima.

ITER on teaduslik projekt, mitte tuumajaama ehitus. Selle eesmärgiks on 7–15 minuti vältel hoida 100 miljoni kraadi juures kütust, milleks on vesiniku rasked isotoobid deuteerium ja triitium, ning saada seejuures 500 megavatti võimsust. Praegune maailmarekord on jaapanlaste JT-60 käes 24 sekundiga.

Refereeritud artikli originaaltekst Eesti Päevaleht Onlines