Iga aastaga muutub üha põletavamaks küsimus, kuidas inimkond tulevikus oma energiavajadusi hakkab rahuldama. Me võime ju propageerida energia kokkuhoidu ning leiutada üha vähem energiat nõudvaid tehnoloogiaid, kuid fakt jääb faktiks: varsti pole ikkagi maapõuest enam midagi võtta! Kellelegi pole ka uudis, et lahendust nähakse eelkõige juhitavate termotuumareaktorite kasutuselevõtus. Unistus sellest peaaegu põhjatumast energiaallikast on teadlasi tiivustanud juba aastakümneid, kuid tulemused on seni üsna tagasihoidlikud. Veel hiljuti leidus hulgaliselt optimiste, kes ennustasid, et hiljemalt aastaks 2000 on termotuumareaktsioonid ohjeldatud. Nüüd ei julge keegi isegi mitte mainida, millal siis ometi midagi ka toimuma hakkab. Kuid pessimismiks pole ometi mingit alust. Isegi vastupidi, järgnevad aastad toovad eelduste kohaselt termotuumaenergeetikasse mõndagi huvitavat.

Termotuumareaktsioon
Küllap teavad paljud, et praegugi toodetakse energiat tuumareaktorites. Ja seda üsna laialdaselt. Need aatomielektrijaamad saavad vajaliku energia raskete, peamiselt uraani tuumade lõhestumisel kergemateks tuumadeks. Olgugi, et selline protsess annab samuti üsna palju energiat, kaasneb temaga aga paratamatult radioaktiivsete jäätmete probleem. See on ka põhjus, miks aatomielektrijaamadele enam sugugi soosiva pilguga ei vaadata. Termotuumareaktsioonid kujutavad endast aga tuumareaktsioonidele vastupidist protsessi. Seal eraldub energia kergete tuumade ühinemisel raskemaks tuumaks. Mitmekordselt suurema energeetilise saagise kõrval on termotuumareaktsioonides eralduv radioaktiivne saaste oluliselt väiksema keskkonnaohtlikkusega. Ja mis peamine — kütust saab ammutada tavalisest veest.

Ei ole ka meie Päike ju midagi muud kui üks hiiglaslik termotuumareaktor.

Juba ammu on teada, et termotuumareaktsiooni on kõige lihtsam läbi viia kahe vesinikuisotoobi, triitiumi ja deuteeriumi ühinemisel heeliumi tuumaks. Just sellise reaktsiooniga algas termotuumaajastu esimeses vesinikupommis. Et aga reaktsiooni üldse alustada, peab temperatuur tõusma 10⁷ kraadini! Vesinikupommis, kus eesmärgiks pidi olema võimalikult suurte purustuste tekitamine, võis temperatuuri tõstmiseks edukalt kasutada tavalist aatomipommi. Ilmselt ei saa energia tootmisel rakendada samu võtteid. Kuidas siis toimida?

NIF
Üldiselt on nüüd juba üsna raske kindlaks teha, kes esimesena soovitas termotuumareaktsiooni süütajateks lasereid ¹. Üks on igatahes selge: sellel kaugel ajal ei olnud veel ühtegi laserit, mis ülesandega hakkama oleks saanud. Ega neid praegugi veel ole, kuid 1996. aastal otsustati USAs alustada maailma suurima laseri ehitust, mis lõplikult peaks töökorras olema aastal 2003. Valmiv laser, mille ehitamiseks kulub tagasihoidlike arvestuste kohaselt 1,2 miljardit dollarit, on nii suur, et võtab enda alla staadioni suuruse maa-ala. Kogu projekt sai nimeks NIF (National Ignition Facility). Et praegu asub maailma võimsaim laser nimega "Nova" Lawrence Livermore’i Rahvuslikus Laboratooriumis Californias, siis ka uus laser otsustati ehitada just sinna. On ju sealsetel teadlastel suuri kogemusi ülivõimsate laserite alal ning alles hiljuti suutsid nad ka laseri abil sünnitada deuteeriumist esimesed heeliumi tuumad. Olgugi, et tegemist oli samuti termotuumareaktsiooniga, ei järgnenud sellele ahelreaktsiooni ehk isesüttimist. Kuid juba seegi katse näitas, et põhimõtteliselt ollakse õigel teel.

NIF-kompleks kujutab endast ülivõimsat laserit, mis kiirgab infrapunast kiirgust lainepikkusega 1,05 mikromeetrit. Optiline süsteem lahutab väljuva kiire 192 osakiireks, mis juhitakse tulevasse süütekambrisse. Kõikide kiirte summaarne võimsus ületab umbes 1000 korda kogu USAs toodetava elektrienergia võimsuse! Ei maksa muidugi arvata, et iga laseripulss kustutaks USAs valguse. Ülisuur võimsus saavutatakse NIF laseri puhul siiski vaid tänu laserimpulsi ülilühikesele kestvusele. Laserikiirte koguenergia on kõigest 1,8 MJ, millest piisab ehk vaid kahe kannutäie kohvi keetmiseks. Kuid ometi on laserist väljunud kiired suutelised tõstma temperatuuri triitiumiga täidetud pisitillukeses kapslis 100 miljoni kraadini. See temperatuur ületab kümnekordselt isegi Päikese sisemuses valitseva kuumuse.

Tuleviku elektrijaam
Elektrienergia tootmiseks ei piisa paraku vaid lihtsalt triitiumi "süütamisest" laseriga. Kõigepealt on vaja hoolitseda selle eest, et ülikiire laseripulss suudaks vallandada ahelreaktsiooni. Kavandatavas tuleviku elektrijaamas loodetakse tavalise vitamiinikapsli suuruses kütusekapslis asuv deuteerium ja triitium igast suunast langevate laserikiirte abil suruda ülitihedaks kogumiks, mille tihedus ületaks isegi tina tihedust umbes 20 korda. Temperatuur tõuseb samal ajal vajaliku 100 miljoni kraadini. Vallanduv ahelreaktsioon peab kõigi eelduste kohaselt edenema kiiremini kui kapsel laiali lendab. Kui esimesel hetkel suudetakse "süüdata" vaid umbes 2 protsenti kütusest, siis edasise reaktsiooni järel muutub kogu kütus lihtsalt heeliumi tuumadeks. Seega toimub mikroskoopiline vesinikupommi plahvatus! Ühes sellises plahvatuses vallandub energia, mis võrdub umbes 40 kilogrammi trotüüli plahvatusega. Ei saa just öelda, et selline kõmakas oleks pisiasi, kuid tehnoloogiliselt pole siin midagi hullu. Reaktori seinad on ümbritsetud soojuskandjaga, mis kogub plahvatuses eraldunud soojuse ning kannab selle reaktorist välja. Seda soojust saab kasutada turbiinide liigutamiseks täpselt samamoodi nagu igas teiseski soojuselektrijaamas.

Termotuumareaktsioonis eralduvat kasulikku energiat kannavad põhiliselt suure energiaga neutronid. Kui reaktori seintesse paigutada lisaks soojusvahetajale veel ka liitiumi, saab kiirete neutronite ja liitiumi omavahelisel reaktsioonil toota ka triitiumi, mida võib edukalt uuesti ringlusse lasta. Kogu tsükkel kavatsetakse läbi viia 5-10 korda sekundis. Iga tsükli algul tuleb reaktorisse sisestada uus kütusekapsel ning kogu protsess läheb kordamisele. Säärane reaktor meenutab veidi tavalist sisepõlemismootorit, mille silindrites toimuvad ju samuti ülilühikese kestvusega võimsad plahvatused. Muidugi on see vaid esialgne kujutelm tuleviku elektrijaamast. NIF projekti eesmärk on siiski eelkõige kontrollida nende teoreetiliste plaanide paikapidavust praktikas. Edaspidiste finantseeringute taotlemiseks oleks ju ka tore näidata, et kavandatav reaktor on suuteline energiat tootma. Plaanid on tõepoolest suured: juba aastaks 2025 on kavas esimene taoline termotuumaelektrijaam käiku lasta. 2001. aastal loodetakse aga tekitada esimene ülivõimas laseriimpulss, mis võib meid viia tõepoolest uude aastatuhandesse.
________________
¹Vt. Henn Käämbre. Laseriraamat.

4 / 1 9 9 8 J U U N I HORISONT

printerisõbralik versioon

esita küsimus

viimati toimetatud: 21. 04. 2005. 10:18