Tuumasünteesi uurimiskeskuse JET viimane katseseeria tõi uue energiarekordi
GARCHING ja OXFORD (8. veebruar 2024)
JET (Joint European Torus) demonstreeris ühe maailma suurima ja võimsaima tuumasünteesi seadmena head korratavust tuumasünteesil vabaneva energia tootmisel ja saavutas seejuures uue energiarekordi. Saadud tulemused jäävad tuumasünteesi alase teaduse ja tehnika oluliseks verstapostiks. Tuumasünteesi uuringutega on seotud ka teadlased Tartu Ülikooli füüsika instituudist.
JET tuumasünteesi energiarekord sündis tänu seadme erakordsele võimekusele töötada deuteerium-triitium plasmaga. JET viimases deuteerium-triitium kütuseseguga läbi viidavas katseseerias (DTE3) suudeti paljude katseseeriate korral toota suurt tuumasünteesil vabanevat võimsust 5.2 sekundi kestel. See viis uue energiarekordini 69.26 MJ, mille saavutamiseks kasutati vaid 0.21 mg kütust.
UKAEA ülikoolilinnakus Ühendkuningriigis Culhamis asuv JET on tokamak tüüpi disainiga seade, mis kasutab tuumasünteesi toimumiseks vajaliku ülikuuma plasma kooshoidmiseks tugevaid sõõrikukujulisi magnetväljasid.
“Me suudame tekitada tuumasünteesiks vajalikku plasmat hea korratavusega kasutades selleks sama kütusesegu, mida plaanitakse kasutada kommertsiaalsetest tuumasünteesi elektrijaamades. See näitab JET tegutsemisaja jooksul kogunenud kõrgetasemelist kompetentsi.”
Kommertsiaalses tuumasünteesi protsessis kavatsetakse enamasti kasutada kahe vesiniku isotoobi, deuteeriumi ja triitiumi, segu. Nende liitumisel tekivad heelium ja neutron ning vabaneb tohutul hulgal energiat – reaktsioon, millel hakkavad põhinema tulevased tuumasünteesil töötavad elektrijaamad.
“Tuumasünteesi läbiviimiseks kasutatavate seadmete, nagu näiteks ITER ja DEMO, käitamis-stsenaariumite edukas demonstratsioon, mida kinnitab uus energiarekord, sisendab suuremat kindlustunnet tuumasünteesil põhineva energiaallika arendamiseks. Lisaks uue rekordi püstitamisele saavutasime teisigi erakordseid tulemusi ja süvendasime oma teadmisi tuumasünteesi füüsikast.”
“Näitasime JETis kuidas pehmendada plasmast lähtuva intensiivse soojuskiirguse mõju seadme seintele ja teisalt viia plasma serva stabiilsesse olekusse, mis võimaldab vältida energiapursete jõudmist seinteni. Mõlemad tehnikad aitavad kaitsta tulevaste seadmete seinte terviklikkust. See on esimene kord, kui suutsime neid stsenaariume testida deuteeriumi-triitiumi keskkonnas.“
Ühendkuningriigi Aatomienergia Agentuuri (UKAEA) uurimiskeskuses Oxfordis panustasid nende katsete läbiviimisse enam kui 300 teadlast ja inseneri EUROfusion organisatsioonist – teadlaste konsortsiumist üle terve Euroopa. Silmapaistvad tulemused näitavad JETi rahvusvahelise meeskonna ainulaadset pühendumust ja tõhusust.
JET-i esimesed deuteeriumi-triitiumi katsed toimusid 1997. aastal ja 2021. aastal demonstreeris ta suure võimsusega tuumasünteesi enam kui viie sekundi jooksul, püstitades selle käigus 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 teaduslikud uuringud 2023 aasta detsembri lõpus. 2024. aasta veebruari lõpus peetavad pidustused austavad JET edu aluseks olnud visiooni ja koostöövaimu ning tähistavad seadme üleminekut elutsükli järgmisesse faasi, mille eesmärk on seadme käitlusest kõrvaldamine ja taaskasutamine.
“JET on töötanud tegelikele elektrijaama tingimustele nii lähedal kui tänapäevaste rajatiste juures võimalik ja tema pärand jõuab kasutusse kõigis tulevastes elektrijaamades. Sellel on oluline roll turvalise ja jätkusuutliku tuleviku lähemale toomisel.”
JETil on olnud üle nelja aastakümne otsustav roll tuumasünteesil põhineva energiaallika arendamisel. JET-i uuringutulemustel on ülioluline mõju Lõuna-Prantsusmaal ehitatavale tuumasünteesiuuringute megaprojektile ITER, Ühendkuningriigi elektrijaama prototüübile STEP, Euroopa näidiselektrijaamale DEMO ja teistele ülemaailmsetele tuumasünteesiprojektidele, mis arendavad ohutut, vähese CO2-heitega ja jätkusuutlikku energiaallikat.
“JET on kogu oma elutsükli jooksul olnud ITERi eelkäijana suureks abiks: uute materjalide katsetamisel, uuenduslike uute komponentide väljatöötamisel ja ennekõike teaduslike andmete genereerimisel deuteeriumi-triitiumi tuumasünteesi kohta. Siin saadud tulemusetel on otsene ja positiivne mõju ITERile, toetades progressi ja võimaldades meil kiiremini soovitud jõudluse suunas edeneda. Minu jaoks on olnud suur privileeg mõned aastad JETis tegutseda. Seal oli mul võimalus õppida paljudelt erakordsetelt inimestelt.”
Tartu Ülikoolis osaleb EUROfusion konsortsiumi raames tehtavates uuringutes kolm teadusrühma. Füüsika instituudi ioonkristallide füüsika laboris uuritakse DEMO näidiselektrijaama jaoks kiirguskindlate aknamaterjalide uurimisega ning keskkonnafüüsika labor tegeleb DEMO jaoks kiirguskindlate seinte disainimisega. Füüsika instituudi plasmafüüsika labor töötab välja LIBS diagnostikameetodit ITER reaktori seintesse ladestunud radioaktiivse triitiumi koguste hindamisega. 2024 aastal testib plasmafüüsika labor koos teiste konsortsiumi liikmetega meetodit JET seintes ladestunud triitiumi määramiseks.
