{"id":50726,"date":"2015-02-17T10:32:34","date_gmt":"2015-02-17T07:32:34","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/?p=50726"},"modified":"2015-04-15T11:55:04","modified_gmt":"2015-04-15T08:55:04","slug":"kas-termotuumareaktor-peab-nii-suur-olema","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=50726","title":{"rendered":"Kas termotuumareaktor peab nii suur olema?"},"content":{"rendered":"

Tuumas\u00fcntees (ing. k. fusion <\/em>\"icon_eopik\"<\/a>) on f\u00fc\u00fcsikute huviobjektiks olnud juba \u00fcle poole sajandi . Alates m\u00f6\u00f6dunud sajandi keskpaigast on loodetud, et paarik\u00fcmne aasta jooksul lahendab see inimkonna energiaprobleemid. Paraku on t\u00f6\u00f6stuslike seadmeteni endiselt pikk tee. \u00dcldiselt on peetud k\u00f5ige perspektiivikamateks tokamak (ven. k. \u0442\u043e<\/em><\/strong>\u0440\u043e\u0438\u0434\u0430\u043b\u044c\u043d\u0430\u044f \u043a\u0430<\/strong>\u043c\u0435\u0440\u0430 \u0441 \u043c\u0430<\/strong>\u0433\u043d\u0438\u0442\u043d\u044b\u043c\u0438 \u043a<\/strong>\u0430\u0442\u0443\u0448\u043a\u0430\u043c\u0438)<\/em> t\u00fc\u00fcpi reaktoreid. Praeguseks on neid ehitatud sadu, suurim on Culhamis paiknev JET (Joint European Torus<\/em>)[1]. Seni on kulunud reaktorite t\u00f6\u00f6s hoidmiseks rohkem energiat, kui tuumas\u00fcnteesi reaktsioonidest tagasi saadud. N\u00fc\u00fcd on aga l\u00f5puks ehitamisel hiigelreaktor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor<\/em>)[2] ja praeguste plaanide kohaselt hakkab see efektiivselt energiat tootma 2027. aastal. Siiski on tegu teadusprojekti, mitte elektrijaamaga. Esimene t\u00f5eline tuumas\u00fcnteesil p\u00f5hinev elektrijaam DEMO (DEMOnstration Power Plant<\/em>) peaks hakkama elektrit v\u00f5rku andma 2040. aasta paiku. Tegu on hiigelm\u00f5\u00f5tu seadmetega ja ka parimal juhul v\u00f5tab nende ehitamine ning seadistamine aastak\u00fcmneid aega. ITER-i vaakumkamber kaalub veidi rohkem kui Eiffeli torn. Tasub m\u00e4rkida, et ITER-i konstruktsiooni p\u00f5hiolemuses lepiti kokku juba 1980ndatel aastatel. Sellest ajast peale on aga teadus ja tehnika palju edasi arenenud, kuid hiigelmastaapide t\u00f5ttu pole plaane kiirelt muuta v\u00f5imalik.<\/p>\n

\"3143_2223s\"<\/a>

ITER’i mudel. Pildi alumises osas m\u00f5\u00f5tmete hoomamiseks v\u00e4ike sinine laik, see on inimene. Vaata ka videot allpool.<\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Viimastel aastatel levivad aga kuuldused, et on mitmeid projekte, mis loodavad energeetiliselt efektiivse reaktorini j\u00f5uda kiiremini ja palju odavamalt. \u00dcldiselt on nende m\u00e4rks\u00f5naks kompaktsus. V\u00e4iksema seadme ehitamine v\u00f5tab v\u00e4hem aega ja muudatuste tegemine on oluliselt kiirem. Olgu \u00f6eldud, et ITER-i v\u00e4hendatud koopia ehitamine pole lahendus, sest arvutused n\u00e4itavad, et efektiivne reaktor vajab suurt ruumala, vastasel korral pole muud parameetrid (plasmat l\u00f5ksustava magnetv\u00e4lja tugevus, soojusvoog materjalidele jne.) enam m\u00f5istlikkuse piirides.<\/p>\n

\u00dcldiselt ongi tuumas\u00fcnteesi projektide \u00fcheks v\u00e4ga oluliseks m\u00e4rks\u00f5naks plasma l\u00f5ksustamine. Et reaktsioonid saaksid toimuda, on vaja hoida plasmat piiratud ruumalas. Kuna temperatuur on \u00fclik\u00f5rge (100 000 000 K), siis ei saa seda teha lihtsalt anumat kasutades. \u00dcheks kavalaks v\u00f5imaluseks plasma seadme seintest eemal hoidmiseks on magnetv\u00e4lja kasutamine (magnetiline l\u00f5ksustamine). Nimelt hakkavad laetud osakesed, millest plasma koosneb, magnetv\u00e4ljas liikuma m\u00f6\u00f6da kinnist trajektoori. Seega on nende liikumine ruumis piiratud ilma, et nad seadme seintega kokku puutuks. L\u00f5ksustamiseks on v\u00f5imalik kasutada erinevaid magnetv\u00e4lja konfiguratsioone. Seni on peetud k\u00f5ige perspektiivikamaks tokamaki, mis kujutab endast toroidi (s\u00f5\u00f5riku) kujulist kambrit. Magnetv\u00e4li on selles suunatud peamiselt piki toroidi sisemust.<\/p>\n

\"19437_5213s\"<\/a>

\u00dclevalt alates: magnetpeeglid plasma l\u00f5ksustamiseks, magntv\u00e4li tokamakis, tokamakkide t\u00fc\u00fcbid.<\/p><\/div>\n

Suurima meediat\u00e4helepanu on p\u00e4lvinud USA firma Lockheed Martin [3], kes oma s\u00f5nul ehitab reaktorit, mis mahub veoauto j\u00e4relhaagisesse. Paraku on firma arendustegevuse kohta andnud v\u00e4ga v\u00e4he infot. Teada on, et kavatsetakse kasutada nn. magnetpeeglitega l\u00f5ksustamist (ing. k magnetic mirror confinement<\/em>). Sellise konfiguratsiooni puhul tekitatakse magnetv\u00e4lja abil virtuaalsed seinad, millelt laetud osakesed tagasi p\u00f5rkuvad. Lockheed Martin toob \u00e4ra k\u00fcll reaktori konstruktsiooni p\u00f5hiidee, kuid saavutatud tulemused hoitakse enamasti saladuses. Viimased teated p\u00e4rinevad 2014. aasta oktoobrist. Lockheed Martini projektijuht Tom McGuire \u00fctles 2014.a. oktoobris, et t\u00f6\u00f6tav protot\u00fc\u00fcp v\u00f5iks valmida viie aasta p\u00e4rast ning reaktoreid saaks t\u00f6\u00f6stuslikult tootma hakata k\u00fcmne aasta p\u00e4rast. Praeguste katsetulemuste kohta nendib ta lakooniliselt, et k\u00f5ik paistab toimivat nii, nagu peab. Samas m\u00f6\u00f6nis ta, et mingeid garantiisid ei ole. Paljud teadlased suhtuvad sellesse projekti skeptiliselt, v\u00e4ites et magnetpeeglitega l\u00f5ksustamine on l\u00e4bik\u00e4idud tee ja ei paku mitmetele fundamentaalsetele tuumas\u00fcnteesiga seotud probleemidele lahendust [4].<\/p>\n

Oluliselt avatum on kompaktsete tokamakide uurimine. Oma olemuselt on nad sarnased nn. konventsionaalsetele tokamakidele (ITER, JET), kuid on kaks olulist erinevust. Esiteks kasutatakse k\u00f5rgetel temperatuuridel (\u00fcle 20 K) t\u00f6\u00f6tavaid \u00fclijuhtivaid magneteid, mist\u00f5ttu on energiakulu magnetite jahutamisele palju v\u00e4iksem. Omaette probleemiks on nende magnetite kaitsmine tuumas\u00fcnteesil tekkivate neutronite eest. Kui aga siiani arvati, et neutronid halvendavad magnetite omadusi, siis n\u00fc\u00fcd on selgunud, et teatavatel tingimustel v\u00f5ivad nad neid hoopis parandada. T\u00f5si, selleks tuleb t\u00f6\u00f6tada oluliselt madalamatel temperatuuridel, kui oleks v\u00f5imalik ilma neutronkiirguseta. Ometi on see temperatuur siiski palju k\u00f5rgem kui harilike \u00fclijuhtivate magnetite t\u00f6\u00f6temperatuur, mis j\u00e4\u00e4b 4 K kanti.<\/p>\n

Teiseks on muudetud reaktorite geomeetriat, tegu on nn. sf\u00e4\u00e4riliste tokamakidega, mis v\u00f5imaldavad plasmat efektiivsemalt l\u00f5ksustada. Need seadmed on kohati sedav\u00f5rd kompaktsed, et neid on ehitatud pea olmematute kuludega suurte tokamakide varuosadest. 2014. aasta juulis hakkas t\u00f6\u00f6le maailma esimene k\u00f5rgtemperatuursete \u00fclijuhtivate magnetitega tokamak ST25 ja ehitamisel on ST40. Need seadmed ei v\u00f5imalda k\u00fcll veel tuumas\u00fcnteesi efektiivselt energiatootmiseks kasutada, kuid toovad meid sellele l\u00e4hemale. Kuna oma m\u00f5\u00f5tmetelt on need seadmed k\u00fcllaltki tagasihoidlikud, siis v\u00f5tab t\u00e4iustuste realiseerimine palju v\u00e4hem aega kui traditsioonilistes hiidseadmetes. Praeguseks on olemas ka projekt ST60, mis peaks olema juba efektiivselt energiat tootev reaktor [5].<\/p>\n

Lisaks k\u00f5rgtemperatuursele \u00fclijuhtivusele ja muudetud geomeetriale on veel palju pisemaid t\u00e4iendusi, mis reaktorid efektiivsemaks muudavad. \u00dcheks n\u00e4iteks vedela liitiumi kasutamine reaktori seintel.<\/p>\n

Kas esimesena j\u00f5uab sihile aastak\u00fcmneid planeeritud suurporjekt v\u00f5i m\u00f5ni uusimatel teadussaavustustel p\u00f5hinev v\u00e4iksem arendus, peaks selguma l\u00e4hema k\u00fcmne aasta jooksul.<\/p>\n