Verdens mest kraftfulde laser skaber vigtigt gennembrud for fusionsenergi

Suuri edistysaskel fuusioenergiassa

Kalifornialainen National Ignition Facility -tutkimuslaitos on sivuuttanut tärkeän merkkipaalun: fuusioreaktori tuottaa yhtä paljon energiaa kuin fuusion käynnistävät laserit kuluttavat.

Kalifornialainen National Ignition Facility -tutkimuslaitos on sivuuttanut tärkeän merkkipaalun: fuusioreaktori tuottaa yhtä paljon energiaa kuin fuusion käynnistävät laserit kuluttavat.

Shutterstock

Aurinkoa jäljitellään aina vain paremmin.

Kalifornialaisen NIF- eli National Ignition Facility -tutkimuslaitoksen tuoreet tulokset osoittavat, että siellä on saavutettu syttyminen (englanniksi ignition).

Syttyminen tarkoittaa tässä tapauksessa sitä, että reaktorissa tapahtuva fuusio tuottaa yhtä paljon energiaa kuin atomien fuusioitumisen käynnistäminen on vaatinut.

Tähän mennessä koereaktoreihin on nimittäin jouduttu syöttämään enemmän energiaa kuin ne ovat tuottaneet ydinreaktioiden alkamisen myötä.

Kalifornialaislaitoksen saavutus osoittaa, että on otettu suuri harppaus matkalla kohti energiantuotantotapaa, joka muistuttaa tähdissä, kuten Auringossa, tapahtuvaa fuusiota.

Fakta: Näin NIF:n fuusioreaktori toimii

  • Kalifornialainen National Ignition Facility sisältää monimutkaisen, kolmen jalkapallokentän kokoisen laserjärjestelmän, joka kuumentaa pienen kultasäiliön yli 100 miljoonan asteen lämpötilaan.
  • Säiliössä on hiuksen paksuinen vetykiekko, jonka atomit muuttuvat hyvin korkeassa lämpötilassa sähköä johtavaksi plasmaksi ja fuusioituvat heliumiksi.
  • Jotta polttoaine ei kosketa säiliön seiniä ja jäähdy niin, että fuusioreaktiot lakkaavat, sitä pidetään paikallaan magneettikentällä.

Plasma palaa kuin kivihiili voimalassa

Vaikka lähitulevaisuudessa tuskin nähdään fuusioreaktoria, joka tuottaa sähköä kuluttajille, tekniikka näyttää uuden saavutuksen valossa edistyvän.

Tutkijat saivat nimittäin plasman, joka on fuusioenergian tuotannossa avainasemassa, kuumentamaan ympäröivää plasmaa syttymisen vaatimaan lämpötilaan. Kyseessä on samantapainen ketjureaktio kuin voimalaitoksessa, jossa palava kivihiilen palanen sytyttää toisen.

LUE MYÖS: Tutkijat: Fuusiovoimaa jo vuonna 2030

Onnistumiseen vaikutti muun muassa se, että reikää, jonka kautta laser kulkee kuumentamaan vetyatomeja, pienennettiin. Muutos säästää energiaa, sillä laser tarkentuu.

Lisäksi reaktoria ja vetykiekkoa parannettiin niin, että laserien energia tulee käytetyksi tehokkaammin.

Myös niitä 192:ta lasersädettä, jotka nostavat yhdessä kultasäiliön lämpötilan yli 100 miljoonaan asteeseen, vakautettiin.

Automaattiseen energiantuotantoon on kuitenkin vielä pitkä matka.

NIF on koelaitos, jota ei ole tarkoitettukaan tuottamaan sähköä kuluttajille. Kaupallisen energiantuotannon aloittaminen on fuusiovoimalaa kehittäville tutkijoille yhä melko kaukainen tavoite.

Tutkijoiden tähtäimessä on prosessin optimoiminen niin, että fuusioreaktori tuottaa enemmän energiaa kuin siihen joudutaan syöttämään toiminnan käynnistämiseksi ja ylläpitämiseksi.

Vaikka reaktori tuottaa yhtä paljon energiaa kuin lasertykit käyttävät fuusion aloittamiseen, prosessissa syntyy vain 72 prosenttia siitä energiasta, joka aaltoilee ulos lasereista lämpösäteilynä.

Lasereihin perustuvan fuusioenergian tuotannon asiantuntija Matthew Zepf saksalaisesta Jenan yliopistosta uskoo, että läpimurto tehdään jo lähivuosina.

Zepfin mukaan NIF:n kaltaisen fuusioreaktorin pitää tuottaa ainakin 100 kertaa laserien energiamäärä, ennen kuin sillä kannattaa aloittaa kaupallinen sähköntuotanto.