 |
|
|
| |
Uue
aastatuhande energia
JÜRI KRUSTOK (1955)
Tallinna Tehnikaülikooli vanemteadur. Füüsika-matemaatikakandidaat. |
|
| |
Iga aastaga
muutub üha põletavamaks küsimus, kuidas inimkond tulevikus
oma energiavajadusi hakkab rahuldama. Me võime ju propageerida
energia kokkuhoidu ning leiutada üha vähem energiat nõudvaid
tehnoloogiaid, kuid fakt jääb faktiks: varsti pole ikkagi
maapõuest enam midagi võtta! Kellelegi pole ka uudis, et
lahendust nähakse eelkõige juhitavate termotuumareaktorite
kasutuselevõtus. Unistus sellest peaaegu põhjatumast energiaallikast
on teadlasi tiivustanud juba aastakümneid, kuid tulemused
on seni üsna tagasihoidlikud. Veel hiljuti leidus hulgaliselt
optimiste, kes ennustasid, et hiljemalt aastaks 2000 on
termotuumareaktsioonid ohjeldatud. Nüüd ei julge keegi isegi
mitte mainida, millal siis ometi midagi ka toimuma hakkab.
Kuid pessimismiks pole ometi mingit alust. Isegi vastupidi,
järgnevad aastad toovad eelduste kohaselt termotuumaenergeetikasse
mõndagi huvitavat.
Termotuumareaktsioon
Küllap teavad paljud, et praegugi toodetakse energiat tuumareaktorites.
Ja seda üsna laialdaselt. Need aatomielektrijaamad saavad
vajaliku energia raskete, peamiselt uraani tuumade lõhestumisel
kergemateks tuumadeks. Olgugi, et selline protsess annab
samuti üsna palju energiat, kaasneb temaga aga paratamatult
radioaktiivsete jäätmete probleem. See on ka põhjus, miks
aatomielektrijaamadele enam sugugi soosiva pilguga ei vaadata.
Termotuumareaktsioonid kujutavad endast aga tuumareaktsioonidele
vastupidist protsessi. Seal eraldub energia kergete tuumade
ühinemisel raskemaks tuumaks. Mitmekordselt suurema energeetilise
saagise kõrval on termotuumareaktsioonides eralduv radioaktiivne
saaste oluliselt väiksema keskkonnaohtlikkusega. Ja mis
peamine — kütust saab ammutada tavalisest veest.
Ei ole ka meie Päike ju midagi muud kui üks hiiglaslik termotuumareaktor.
Juba ammu on teada, et termotuumareaktsiooni on kõige lihtsam
läbi viia kahe vesinikuisotoobi, triitiumi ja deuteeriumi
ühinemisel heeliumi tuumaks. Just sellise reaktsiooniga
algas termotuumaajastu esimeses vesinikupommis. Et aga reaktsiooni
üldse alustada, peab temperatuur tõusma 107 kraadini!
Vesinikupommis, kus eesmärgiks pidi olema võimalikult suurte
purustuste tekitamine, võis temperatuuri tõstmiseks edukalt
kasutada tavalist aatomipommi. Ilmselt ei saa energia tootmisel
rakendada samu võtteid. Kuidas siis toimida?
NIF
Üldiselt on nüüd juba üsna raske kindlaks teha, kes esimesena
soovitas termotuumareaktsiooni süütajateks lasereid 1.
Üks on igatahes selge: sellel kaugel ajal ei olnud veel
ühtegi laserit, mis ülesandega hakkama oleks saanud. Ega
neid praegugi veel ole, kuid 1996. aastal otsustati USAs
alustada maailma suurima laseri ehitust, mis lõplikult peaks
töökorras olema aastal 2003. Valmiv laser, mille ehitamiseks
kulub tagasihoidlike arvestuste kohaselt 1,2 miljardit dollarit,
on nii suur, et võtab enda alla staadioni suuruse maa-ala.
Kogu projekt sai nimeks NIF (National Ignition Facility).
Et praegu asub maailma võimsaim laser nimega "Nova"
Lawrence Livermore’i Rahvuslikus Laboratooriumis Californias,
siis ka uus laser otsustati ehitada just sinna. On ju sealsetel
teadlastel suuri kogemusi ülivõimsate laserite alal ning
alles hiljuti suutsid nad ka laseri abil sünnitada deuteeriumist
esimesed heeliumi tuumad. Olgugi, et tegemist oli samuti
termotuumareaktsiooniga, ei järgnenud sellele ahelreaktsiooni
ehk isesüttimist. Kuid juba seegi katse näitas, et põhimõtteliselt
ollakse õigel teel.
NIF-kompleks kujutab endast ülivõimsat laserit, mis kiirgab
infrapunast kiirgust lainepikkusega 1,05 mikromeetrit. Optiline
süsteem lahutab väljuva kiire 192 osakiireks, mis juhitakse
tulevasse süütekambrisse. Kõikide kiirte summaarne võimsus
ületab umbes 1000 korda kogu USAs toodetava elektrienergia
võimsuse! Ei maksa muidugi arvata, et iga laseripulss kustutaks
USAs valguse. Ülisuur võimsus saavutatakse NIF laseri puhul
siiski vaid tänu laserimpulsi ülilühikesele kestvusele.
Laserikiirte koguenergia on kõigest 1,8 MJ, millest piisab
ehk vaid kahe kannutäie kohvi keetmiseks. Kuid ometi on
laserist väljunud kiired suutelised tõstma temperatuuri
triitiumiga täidetud pisitillukeses kapslis 100 miljoni
kraadini. See temperatuur ületab kümnekordselt isegi Päikese
sisemuses valitseva kuumuse.
Tuleviku elektrijaam
Elektrienergia tootmiseks ei piisa paraku vaid lihtsalt
triitiumi "süütamisest" laseriga. Kõigepealt on
vaja hoolitseda selle eest, et ülikiire laseripulss suudaks
vallandada ahelreaktsiooni. Kavandatavas tuleviku elektrijaamas
loodetakse tavalise vitamiinikapsli suuruses kütusekapslis
asuv deuteerium ja triitium igast suunast langevate laserikiirte
abil suruda ülitihedaks kogumiks, mille tihedus ületaks
isegi tina tihedust umbes 20 korda. Temperatuur tõuseb samal
ajal vajaliku 100 miljoni kraadini. Vallanduv ahelreaktsioon
peab kõigi eelduste kohaselt edenema kiiremini kui kapsel
laiali lendab. Kui esimesel hetkel suudetakse "süüdata"
vaid umbes 2 protsenti kütusest, siis edasise reaktsiooni
järel muutub kogu kütus lihtsalt heeliumi tuumadeks. Seega
toimub mikroskoopiline vesinikupommi plahvatus! Ühes sellises
plahvatuses vallandub energia, mis võrdub umbes 40 kilogrammi
trotüüli plahvatusega. Ei saa just öelda, et selline kõmakas
oleks pisiasi, kuid tehnoloogiliselt pole siin midagi hullu.
Reaktori seinad on ümbritsetud soojuskandjaga, mis kogub
plahvatuses eraldunud soojuse ning kannab selle reaktorist
välja. Seda soojust saab kasutada turbiinide liigutamiseks
täpselt samamoodi nagu igas teiseski soojuselektrijaamas.
Termotuumareaktsioonis eralduvat kasulikku energiat kannavad
põhiliselt suure energiaga neutronid. Kui reaktori seintesse
paigutada lisaks soojusvahetajale veel ka liitiumi, saab
kiirete neutronite ja liitiumi omavahelisel reaktsioonil
toota ka triitiumi, mida võib edukalt uuesti ringlusse lasta.
Kogu tsükkel kavatsetakse läbi viia 5-10 korda sekundis.
Iga tsükli algul tuleb reaktorisse sisestada uus kütusekapsel
ning kogu protsess läheb kordamisele. Säärane reaktor meenutab
veidi tavalist sisepõlemismootorit, mille silindrites toimuvad
ju samuti ülilühikese kestvusega võimsad plahvatused. Muidugi
on see vaid esialgne kujutelm tuleviku elektrijaamast. NIF
projekti eesmärk on siiski eelkõige kontrollida nende teoreetiliste
plaanide paikapidavust praktikas. Edaspidiste finantseeringute
taotlemiseks oleks ju ka tore näidata, et kavandatav reaktor
on suuteline energiat tootma. Plaanid on tõepoolest suured:
juba aastaks 2025 on kavas esimene taoline termotuumaelektrijaam
käiku lasta. 2001. aastal loodetakse aga tekitada esimene
ülivõimas laseriimpulss, mis võib meid viia tõepoolest uude
aastatuhandesse.
________________
1 Vt. Henn
Käämbre. Laseriraamat.
tagasi esilehele ...
|
|
|