Ydinfuusio / "Tähtienergiaa"

- MAAILMAN KAIKKIEN ENERGIAONGELMIEN RATKAISU! -


YDINFUUSIO on ydinreaktio, jossa kaksi kevyempää atomiydintä muuntuu yhdeksi raskaaksi. Reaktiossa syntyy samalla valtava määrä energiaa  sekä usein yksi tai useampi uuden ytimen kannalta "ylimääräinen" neutroni tai protoni. Fissioreaktio, jota hyödynnetään esimerkiksi nykyisissä ydinvoimaloissa toimii päinvastoin. Siinä raskas ydin muuntuu kahdeksi kevyemmäksi atomiytimeksi.


Periaatteessa fuusioreaktio voi jatkua lähes loputtomiin, kunhan siinä käytettyä polttoainetta eli vetyä on saatavilla. Fuusioreaktiossa polttoaineena käytetään vedyn raskaita isotooppeja deuteriumia ja tritiumia, jolloin fuusioreaktiossa syntyy heliumia. 

Fissio- ja fuusioreaktion ero // Shutterstock


AURINKO kuin mikä tahansa muu tähti saa energiansa niiden sisäosissa tapahtuvista fuusioreaktioista, jotka pitävät ne kirkkaana ja hehkuvan kuumina miljoonien ja miljardien vuosien ajan. Sitä mollottavaa, silmiä häikäisevää avaruudenkappaletta ja kirkkaalla iltasäällä loistavaa tähtitaivasta voidaankin pitää todisteena ydinfuusion toimivuudesta. Onhan ihmiskuntakin fuusioreaktiota hyödyntäen sentään kehittänyt vetypommin. Että sellainen sovellus kyllä löytyy.


Kuten aikaisemmin sanoin, fuusioreaktiossa vapautuva energiamäärä on valtava. Esimerkiksi kun yksi kilogramma vetyä fuusioituu heliumiksi Auringon ytimessä, energiaa vapautuu noin 600 terajoulea eli viisi miljoonaa kertaa enemmän kuin että sama määrä vetyä yhtyy happen kanssa, milloin syntyy vettä tavallisessa kemiallisessa reaktiossa. Uskomatonta! sanoisin


Tällä hetkellä fuusioreaktorien parissa työskentelee suuri joukko tutkijoita. Parhaillaan Ranskaan rakennetaan maailman kalleinta tieteelliseenkäyttöön tulevaa rakennusta ITERiä (ks. kuva alta) (International Thermonuclear Experimental Reactor), joka tietysti pitää sisällään mm. maailman suurimman fuusioreaktorin, Tokamakin. Tavoitteena on tuottaa 10 kertaa niin iso sähkömäärä määrä reaktiossa, joka sen käynnistämiseen kuluu Tähän projektiin ollaan jo käytetty n. 22 miljardia euroa. Tämän hetken aikataulun mukaan sen pitäisi kuitenkin valmistua vuonna 2025. Mutta silti toistaiseksi ydinfuusion suurempi läpimurto odottaa vielä saavuttajaansa.

Hauskana pienenä nippelitietona: ITER-reaktorissa 7 kertaa kuumempaa kuin Auringon ytimessä.

 

Drone-kuvaa ITER-projektin rakennusvaiheesta // ITER


Vielä yhtenä esimerkkinä ydinfuusion tehokkuudesta kertoo, että jos fuusioreaktio onnistuisi tulevaisuudessa Maan pinnalla, niin muutamasta litrasta vettä ja yhdestä litiumakusta saadaan niin paljon energiaa, että se kattaa yhden ihmisen sähkön tarpeen vuosikymmenien ajaksi.


AIKAISEMMIN OLI PUHETTA siitä, että torium ja sulasuolareaktori ovat hyviä vaihtoehtoja, kun mietitään syntyvää ydinjätettä. Ei fuusio ole mikään saasteeton täysin, mutta verrattuna fissioreaktion, on se merkittävästi ympäristöystävällisempi.


Mikä sitten on haasteena ydinfuusiossa?

Haasteena fissioreaktiossa on, että se vaatii lähes 100 miljoonan celsiusasteen lämpötilan käynnistyäkseen. Siispä tämä hieman lämpimämpi fissiosaunan lämmöt eivät saa koskea mihinkään. On keksitty, että magneetteja hyödyntämällä saadaan plasma pysymään kurissa. Nämä magneetit sitten jäädytetään 269 pakkasasteeseen, jolloin niistä tulee suprajohtavia. Niistä sähkövirta siis pääsee läpi ilman vastusta. 


Vielä yhtenä esimerkkinä ydinfuusion tehokkuudesta kertoo, että jos fuusioreaktio onnistuisi tulevaisuudessa Maan pinnalla, niin muutamasta litrasta vettä ja yhdestä litiumakusta saadaan niin paljon energiaa, että se kattaa yhden ihmisen sähkön tarpeen vuosikymmenien ajaksi.


Tallainen tokamak (JET)-tyyppinen fuusioreaktori (ks. kuva yltä) on seuraavanlainen:

  • Reaktoria ympäröi 30 metriä korkea suojakuori, jonka tehtävänä on suojata ja kylmentää sen sisällä olevaan reaktoria. 
  • Itse reaktorin sydämenä on  teräksestä rakennettu donitsin muotoinen tyhjiökammio, jossa itse fuusioreaktio tapahtuu. Tämän kammion sisäseinämät on vuorattu magneettien lisäksi eräänlaisella pinnoitteella, jossa reaktiossa syntyvä energia muutetaan lämmöksi. Pinnoite estää myös reaktiossa syntyviä neutroneja vahingoittamasta itse reaktoria.
  • Kammion pohjalla on erillinen laitteisto, jonka avulla reaktiossa syntyvä helium ja epäpuhtaudet poistetaan kammiosta. 
  • Keskellä on valtavan suuri ja voimakas magneetti, joka saa kammiossa olevan plasman liikkumaan pyörivänä virtauksena.  


Muita fuusioreaktoriatyyppejä ovat stellaraattori, Copernicus ja laserfuusio.


Kenties suurin etu ydinfuusiossa on sen polttoaineen, eli vedyn yleisyys. Vety kun on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine. Deuteriumia saadaan pelkästään merivedestä valtavat määrät, sillä noin joka 5000:s vetyatomi on deuteriumatomi. Tritiumia saadaan tuotettua litiumista pommittamalla ainetta neutroneilla. Lisäksi fuusion reaktiotuotteena syntyvä helium ei ole radioaktiivista eikä muutenkaan vaarallista, joten mitään käytetyn polttoaineen sijoitusongelmaa ei synny.


- Jos voimme ylläpitää fuusiota viisi sekuntia, voimme ylläpitää sitä viisi minuuttia, ja sen jälkeen viisi tuntia, kun laajennamme operaatioitamme tulevissa laitteissa, sanoo Eurofusionin toimitusjohtaja Tony Donné eräässä tiedotteessa.

- Tulokset ovat mullistavia ja iso askel kohti sitä, että ratkaisemme yhden maailman suurimmista tieteellisistä ja teknologisista haasteista. Tämä on palkkio yli 20 vuoden tutkimustyöstä, UK Atomic Energy Authorityn toimitusjohtaja Ian Chapman iloitsee. 


Tuorein uutisoitu onnistumistapaus fuusioreaktorikehityksen saralta lienee brittiläisessä koereaktorista saatiin irti 5 sekunnissa 59 megajoulea energiaa. Kokeeseen osallistui Suomesta VTT:n, Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijoita. Kaikkiaan kokeessa oli mukana noin 4 800 tutkijaa eri maista, uutisoi Tekniikan Maailma.


VUONNA 2014 Lockheed Martin, amerikkalainen ilmailu-, avaruus- ja sotilasteollisuusjätti kertoi pähkähullun suunnitelmansa. Hän ilmoittaa kehittävänsä pieniä, käteviä fuusioreaktoreita, jotka mullistaisivat energiantuotannon. Ymmärtänet jaa saanet suhtautua tähän hyvin skeptisesti. Jokainen tehköön omat johtopäätöksensä, mutta itse en ainakaan halua, että seinän toisella puolella käy miljoonien asteiden ydinreaktori! 

Tästä voi lukea lisää. [suora lainaus Tiedetuubin artikkelista]


Omasta mielipiteestäni lisää yhteenvedossa.