Kuvitus reaktorista ja violetista fuusioenergiasta

Fuusioenergian läpimurto häämöttää

Yhdysvaltalaistutkijat ovat saaneet fuusioreaktorin tuottamaan melkein yhtä paljon energiaa kuin siihen syötetään. Jos he pääsevät nollatulokseen, seuraava askel voi olla ehtymätön päästöttömän energian lähde.

Yhdysvaltalaistutkijat ovat saaneet fuusioreaktorin tuottamaan melkein yhtä paljon energiaa kuin siihen syötetään. Jos he pääsevät nollatulokseen, seuraava askel voi olla ehtymätön päästöttömän energian lähde.

Shutterstock

Äskettäin yhdysvaltalaistutkijat tuottivat fuusioreaktorilla 1,3 megajoulea energiaa.

Vaikka reaktori samalla kulutti 1,9 megajoulea energiaa, tulos on erinomainen. Nyt ollaan jo lähellä tilannetta, jossa fuusioreaktori tuottaa yhtä paljon energiaa kuin kuluttaa. Silloin taas näköpiirissä siintää jo tilanne, jossa fuusioreaktori on kannattava energialähde. Silloin luvassa on päästötöntä energiaa käytännössä rajattomasti.

Siitä alkaisi energia-alan vallankumous.

Atomien yhdistyminen vapauttaa energiaa

Fuusioreaktiossa kaksi tai useampia atomiytimiä yhdistyy yhdeksi atomiksi.

Samalla kun atomiytimet yhdistyvät, vapautuu suuri määrä energiaa. Näin käy myös fissioreaktiossa eli atomien jakautumisessa, johon nykyisten ydinvoimaloiden toiminta perustuu.

Tutkija fuusioreaktorissa

Yhdysvaltalaisen Lawrence Livermore -tutkimuslaitoksen fuusioreaktori on kolmen jalkapallokentän kokoinen laitos. Reaktorin ytimessä on pieni vetysäiliö, joka kuumennetaan laserilla yli 100 miljoonan asteen lämpötilaan.

© LLNL

Fuusioenergian ongelma on se, että fuusioreaktion käynnistäminen on vaikeaa ja kallista.

Kaliforniassa toimivan Lawrence Livermore -tutkimuslaitoksen National Ignition Facility -laitteessa fuusioreaktio tapahtuu vetyä sisältävässä kultasäiliössä, joka kuumennetaan laserilla yli 100 miljoonan asteen lämpötilaan. Reaktori ja laserlaitteisto vievät yhtä ison alan kuin kolmen jalkapallokenttää.

Kultaisessa säiliössä on vetypilleri, joka on yhtä leveä kuin ihmisen hius. Valtavassa kuumuudessa vetyatomit muuttuvat ensin sähköä johtavaksi plasmaksi ja fuusioituvat sitten heliumiksi.

Jos vetyplasma koskee säiliön seinään, se jäähtyy ja reaktio pysähtyy. Siksi vetyplasmaa pidetään magneettikentän avulla irti säiliön seinistä.

Ehtymätön energialähde on vaikea avata

Elokuun 8. päivänä tehdyssä kokeessa fuusioitiin kahta vetyisotooppia, deuteriumia (eli raskata vetyä) ja tritiumia (eli superraskasta vetyä) heliumiksi.

Tutkijoiden julkaiseman lehdistötiedotteen mukaan samalla reaktio tuotti tuhat biljoonaa (10 000 000 000 000 000) wattia sähköä. Sähköntuotanto tosin kesti vain 20 nanosekuntia.

Nykyisellään fuusioreaktoreihin on jatkuvasti syötettävä energiaa, jotta fuusioreaktio pysyisi käynnissä. Tavoitteena on saada reaktio jatkumaan omillaan, kun se on saatu käynnistettyä.

© Oliver Larsen

1. Vety + vety = helium

Vetyatomit kuumennetaan ulkoa tuodulla energialla. Kovassa kuumuudessa raskas vety ja superraskas vety sulautuvat yhteen ja muodostavat heliumatomien ytimiä.

© Oliver Larsen

2. Kuuma helium käynnistää ketjureaktion

Heliumytimien synty tuottaa niin paljon lämpöä, että niiden ympärillä olevat vety-ytimet alkavat fuusioitua heliumytimiksi. Näin alkaa ketjureaktio.

Sähköntuotanto vastaa vähän yli 1,3 megajoulen energiamäärää. Reaktorin käynnistämiseen kului 1,9 megajoulea.

Yhdysvaltalaistutkijat ovat siis 0,6 megajoulen – tai 30 prosentin – päässä tilanteesta, jossa fuusioreaktio tuottaa vähintään yhtä paljon energiaa kuin reaktori kuluttaa.

Kun tämä tilanne on saavutettu, fuusio tuottaa kylliksi energiaa pysyäkseen käynnissä itsestään.

Tähdet todistavat fuusion voiman

Periaatteessa fuusioreaktio voi jatkua lähes loputtomiin, kunhan polttoainetta eli vetyä riittää. Siksi fuusiota pidetään tulevaisuuden energialähteenä.

Todisteet fuusioreaktion toimivuudesta loistavat joka yö taivaalla. Tähdet saavat energiansa niiden ytimessä tapahtuvasta fuusioreaktiossa, joka pitää ne hehkuvan kuumina miljoonien vuosien ajan.

Tutkijoiden tavoitteena on rakentaa tähtien voimalaitoksesta maallinen versio. Jos fuusioreaktio saadaan tuottamaan enemmän energiaa kuin se kuluttaa, ihmiskunnan käytössä olisi käytännössä ehtymätön päästöttömän energian lähde.

Tosin fuusioreaktio tuottaa myös radioaktiivista säteilyä, jos polttoaineena käytetään superraskasta vetyä eli tritiumia. Säteilyä syntyy kuitenkin vähemmän kuin tavallisessa fissioon perustuvassa ydinvoimalassa. On myös meneillään kokeita, joissa fuusioreaktio tuotetaan ilman superraskasta vetyä.

Yhdysvaltalaistutkijat eivät itsekään osaa tarkalleen sanoa, miksi juuri tässä kokeessa päästiin 1,3 megajoulen tulokseen. Se on nimittäin kahdeksan kertaa parempi tulos kuin aikaisemmin tänä vuonna tehdyissä kokeissa.

Kun tutkijat keksivät selityksen läpimurrolleen, energiavallankumous on lähempänä kuin koskaan ennen.