Uusi magneetti aikaistaa fuusioreaktoria viisi vuotta

Fuusioenergian läpimurtoa on odotettu vuosikymmeniä, mutta valmista ei ole tullut. Nyt uusi reaktorihanke lupaa oikotietä ehtymättömään ympäristöystävälliseen energiaan. Avainasemassa ovat entistä voimakkaampi magneetti ja pienempi reaktori.

Fuusioenergian läpimurtoa on odotettu vuosikymmeniä, mutta valmista ei ole tullut. Nyt uusi reaktorihanke lupaa oikotietä ehtymättömään ympäristöystävälliseen energiaan. Avainasemassa ovat entistä voimakkaampi magneetti ja pienempi reaktori.

Shutterstock

Yhdysvalloissa Massachusettsin teknillisessä yliopistossa MIT:ssa on tekeillä pienikokoinen fuusioreaktori, joka lyö laudalta kaikki kilpailijansa.

Reaktori on saanut nimekseen Sparc, joka kuulostaa samalta kuin englannin kipinää tarkoittava sana 'spark'. Sen rakentaminen alkaa ensi keväänä. Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, se on valmis tuottamaan päästötöntä puhdasta ydinvoimaa jo ensi vuosikymmenellä. Sen luvataan myös olevan halvempi kuin muiden fuusioreaktorihankkeet.

Se voi kuulostaa melkein liian hyvältä ollakseen totta, mutta hanke näyttää olevan tukevalla pohjalla. Journal of Plasma Physics -tiedeaikakauslehden erikoisnumerossa hankkeen käy läpi joukko riippumattomia tutkijoita eri yliopistoista. He ovat yhtä mieltä siitä, että Sparc vaikuttaa lupaavalta.

Nyt näyttää siis siltä, että puheet fuusiovoiman läpimurrosta voivat lopulta muuttua todellisuudeksi.

Mallia tähdistä

Fuusioreaktio on eräänlainen energiantuotannon runsaudensarvi. Nykyiset ydinvoimalat perustuvat fissioon, eli niissä energiaa vapautuu, kun atomit halkeavat. Fuusiovoimalassa energiaa syntyy, kun vetyatomit fuusioituvat eli sulautuvat yhteen. Näin tapahtuu luonnostaan Auringossa ja muissa tähdissä. Fuusioreaktiossa ei synny vaarallisia jätteitä kuten fissioreaktiossa, ja sen polttoainetta eli vetyä on maailman merissä lähes rajattomasti.

Fuusioreaktion suurin ongelma on sen käynnistäminen. Se on vähän kuin sytyttäisi märistä puista tehtyä nuotiota. Koska atomien ytimet ovat positiivisesti varautuneita, ne eivät hevillä hakeudu kiinni toisiinsa. Niiden yhteen saamiseen tarvitaan joko valtava paine tai miljoonien asteiden kuumuus.

Tarvittavien olosuhteiden luominen Maan päällä on hankalaa. Siksi toistaiseksi ei ole saatu aikaan fuusioreaktoria, joka tuottaisi enemmän energiaa kuin kuluttaa.

Nykyisin fuusion ylläpitäminen vaatii sitä, että prosessiin syötetään koko ajan energiaa. Tavoitteena on saada fuusio jatkumaan itsestään sen jälkeen, kun se on käynnistynyt.

© Oliver Larsen

1. Vetyatomit yhtyvät heliumiksi

Vety-ytimiä kuumennetaan ulkopuolelta tulevalla energialla. Raskas ja superraskas vety fuusioituvat, ja syntyy kuumia heliumytimiä.

© Oliver Larsen

2. Kuuma helium käynnistää ketjureaktion

Kuumat heliumytimet törmäävät vety-ytimiin ja saavat nekin fuusioitumaan heliumiksi. Tätä kutsutaan syttymiseksi.

Sparc-hanketta tarkastelleet tutkijat ovat arvioineet, että Sparc-reaktio voisi tuottaa kymmenen kertaa niin paljon energiaa kuin se tarvitsee käynnistyäkseen.

Sparcin valttina supertehokas sähkömagneetti

Tähän asti suurimmat odotukset ovat kohdistuneet ITER-fuusioreaktoriin, jota rakennetaan Etelä-Ranskaan. Rakennustyöt alkoivat vuonna 2013, ja reaktorin pitäisi olla toimintavalmiudessa vuonna 2035.

MIT:n tutkijat lupaavat, että Sparc voi valmistua jo vuonna 2030. Toteutusta nopeuttaa reaktorin uudenlainen rakenne.

ITERin tavoin myös Sparc on niin sanottu tokamak eli siinä fuusioreaktio tapahtuu munkkirinkilän muotoisessa kammiossa, jossa on vetyplasmaa. Vetyplasma on niin kuumaa, että tarvitaan voimakas magneettikenttä estämään sitä sulattamasta kammion seinämiä. ITERissä magneettikenttä luodaan isoilla sähkömagneettisillä keloilla, jotka jäähdytetään nestemäisellä heliumilla.

Sparcissa on määrä käyttää uudempaa tekniikkaa, jossa magneettikenttä luodaan niin sanotuilla korkean lämpötilan suprajohtimilla. Niillä saadaan aikaan nykyistä suurempi magneettikenttä, joka puristaa plasman pienempään tilaan.

Kun plasman vaatima tila pienenee, reaktori voidaan tehdä pienemmäksi. Sparc-reaktorin on määrä mahtua tenniskentän kokoiselle alueelle. ITER tarvitsee jalkapallokentän suuruisen alan.