Neljä ehdotusta tulevaisuuden fuusioreaktoriksi

Fuusioreaktio on puhdas ja ehtymätön energianlähde – teoriassa. Tutkimushankkeet kilpailevat parhaillaan siitä, mikä ehdotus onnistuu ensiksi tekemään unelmasta totta. Ehkäpä fuusiolla tuotettu energia ei ole kovin kaukana tulevaisuudessa.

ITER

Laserpommitus saa fuusion tuottamaan energiaa

Laserfuusiossa vetyä puristetaan lasersäteillä niin kovaa, että vetyatomit fuusioituvat heliumiksi.

Lasersäteitä voimistetaan vahvistimilla, jotka lisäävät laservalon energiaa ennen kuin se suunnataan vetyyn.

© LLNL

Vuonna 2014 NIF-tutkimuslaitoksessa Kalifornian Livermoressa pantiin vety lujille. 192 laseria ampui voimakasta valonsädettä kultasäiliöön, jonka keskellä oli raskaasta ja superraskaasta vedystä koostuva pilleri.

Lasersäteet puristivat vetyatomit yhteen niin, että ne fuusioituivat heliumiksi. Fuusio tuotti puolitoista kertaa niin paljon energiaa kuin lasereilla syötettiin vetypilleriin. Ensimmäistä kertaa fuusioreaktio tuotti enemmän energiaa kuin kulutti.

Sittemmin energiaylijäämä on viisinkertaistunut. Tosin laserien sytyttämiseen menee vielä lähes sata kertaa niin paljon energiaa kuin fuusio tuottaa.

Muotopuoli magneetti pitää plasman paikallaan

Saksalaisessa Wendelstein 7-X -fuusioreaktorissa polttoaineen ympärille luodaan tasainen magneettikenttä kieroilla magneeteilla.

Asymmetriset magneettikelat luovat tasaisen magneetti-kentän ja antavat reaktorille omintakeisen muodon.

© Volker Steger/Science Photo Library

Fuusioreaktorissa vety pitää kuumentaa vähintään 100 miljoonaan asteeseen, jotta siitä tulee sähköä johtavaa plasmaa.

Jotta plasma ei koskettaisi reaktorin seiniä ja jäähtyisi, se on pidettävä paikoillaan magneettikentän avulla. Saksan Greifswaldissa sijaitsevassa Wendelstein 7-X -reaktorissa vetyplasma on saatu pysymään irti seinistä 100 sekunnin ajan. Se on reaktorityypin ennätys.

Windelstein 7-X on niin sanottu stellaraattori. Siinä reaktoria ympäröivät magneettirenkaat ovat asymmetrisiä, jotta ne synnyttävät mahdollisimman tasaisen magneettikentän.

Saksalaistutkijoiden tavoitteena on pitää vetyplasma paikoillaan. Koereaktori on jo tehnyt polttoaineen energiatiheyden ennätyksen: kuutiometrissä vetyplasmaa oli tuhat triljoonaa hiukkasta.

Jättireaktori saa tuhtia polttoainetta

Maailman suurin fuusioreaktori JET tankataan oikealla polttoaineella vuonna 2020. JETin ennätys vuodelta 1997 on edelleen lyömätön.

JET-reaktorissa kokeillaan superraskasta vetyä polttoaineena.

© EFDA-JET/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Vuonna 1997 fuusioreaktori JET tuotti energiaa 16 megawatin teholla. Sen polttoaineena oli sekoitus raskasta ja superraskasta vetyä. Samaa ainetta on tarkoitus käyttää tulevaisuuden oikeissa fuusiovoimaloissa.

Yleensä koereaktoreissa käytetään vain raskasta vetyä, koska seos, jossa on 50 prosenttia superraskasta vetyä, tuottaa 60–90 prosenttia enemmän neutroneja kuin pelkkä raskas vety. Neutronitulva tekee reaktorista radioaktiivisen, ja siksi tutkijat eivät voi mennä tekemään siihen muutoksia.

JETillä tehdyt kokeet olivat hyvin lyhytkestoisia, mutta 16 megawatin energiatuotto sekunnissa oli kuitenkin maailmanennätys. Tosin laitteiston lämmittämiseen tarvittiin 24 megawatin teho. Koe uusitaan syksyllä 2020.

Silloin kokeillaan taas raskaan ja superraskaan vedyn seosta. Tavoitteena on ylläpitää 10–15 megawatin energiantuotantoa ainakin viisi sekuntia kerrallaan.

Uusi reaktori lupaa energiaylijäämää

Vuonna 2035 ITER-koelaitoksessa on tarkoitus ensimmäistä kertaa käynnistää itseään ylläpitävä fuusioreaktio.

ITERin reaktorirenkaan halkaisija on 19,4 metriä. Suojaksi tulee 30 metriä korkea betonikilpi.

© ITER

Kun ITERin ensimmäiset testit raskaalla vedyllä alkavat vuonna 2025, monien fuusiotutkimuksen ennätysten odotetaan kaatuvan. Vetypolttoaine on määrä kuumentaa 150–200 miljoonaan asteeseen.

Tähän mennessä korkein saavutettu lämpötila on 140 miljoonaa astetta. Lisäksi vetyplasma aiotaan pitää paikoillaan magneettikentällä kahdeksan minuuttia kerrallaan. Nykyennätys on kuusi ja puoli minuuttia.

Kymmenen ensimmäistä vuotta kokeilla testataan ITERiä, jotta se on valmis vuonna 2035 alkaviin kokeisiin oikealla raskaasta ja superraskaasta vedystä koostuvalla polttoaineella.

Vedyn fuusiosta syntyvät heliumytimet ovat äärimmäisen kuumia, ja kun ne johdetaan vety-ydinplasmaan, niiden kuumuus saa uudet vety-ytimet fuusioitumaan heliumytimiksi. Fuusioreaktiot etenevät itsestään jopa tunnin yhteen menoon ja tuottavat enemmän energiaa kuin kuluttavat.

Lue myös:

Aurinkokennot

Nyt voit tilata itsellesi Teslan aurinkokaton

1 minuuttia
Ruoka-aineet

Milloin kahvi virkistää eniten?

0 minuuttia
Energia

Merivesi on tulevaisuuden polttoainetta

7 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!