Ar iespaidīgu rekordu pensijā dodas Eiropas eksperimentālais kodolsintēzes reaktors JET

Vēl nesen vēstījām par JET eksperimentu, kurā sasniegti 59 megadžouli ilgstošas kodolsintēzes enerģijas, tādējādi demonstrējot kodolsintēzes kā alternatīva enerģijas avota potenciālu. Pētījumos bija iesaistīti arī Latvijas Universitātes Ķīmiskās fizikas institūta zinātnieki, kas veica pētījumus par JET plazmas kameras materiālu noturību, kā arī par kodolsintēzes reakcijās izmantotā tritija rašanās un izdalīšanās procesiem.

Šobrīd kodolenerģētikā visos reaktoros enerģija tiek ražota, izmantojot kodolu dalīšanās (nuclear fission) reakcijas, kontrolētā ķēdes reakcijā šķeļot kodoldegvielas atomus. Kodolsintēzes reakcijās (nuclear fusion) atomu kodoli tiek savienoti, un no vieglākiem elementiem rodas smagāki, procesā izdalot enerģiju. Tie ir tie paši procesi, kas notiek Saules un citu zvaigžņu kodolos.

Kontrolēta un ilgstoši uzturēta kodolsintēzes reakcija var izdalīt ne tikai daudz vairāk enerģijas nekā kodolu dalīšanās reakcija, bet ir arī drošāka. Kodolsintēzes reaktoros kā blakusprodukts rodas hēlijs, un atkristu problēmas, ko pēc tam iesākt ar noplicināto kodoldegvielu. Šobrīd tā pēc izmantošanas reaktoros ilgstoši jāuzglabā speciālos baseinos, kur tā lēnām atdziest, un pēc tam šiem atkritumiem nepieciešamas speciālas tvertnes.

Pagaidām eksperimentālos kodolsintēzes reaktoros izdevies stabilu reakciju uzturēt vien salīdzinoši neilgu laiku. Ne tuvu pietiekami, lai varētu runāt par praktisku pielietojumu. Kā arī aizvien izaicinājums ir no reakcijas iegūt vairāk enerģijas nekā iztērēts reakcijas iniciēšanai. Nesen gan tika paziņots, ka tas izdevies zinātniekiem "National Ignition Facility" eksperimentā Lorensa Nacionālajā laboratorijā Livermorā, Kalifornijā, kur reakcija tiek iniciēta, ar ļoti spēcīga lāzera impulsu "bliežot" pa degvielas elementu. Taču arī tur ir āķis.

Livermorā esošajā laboratorijā kodolsintēze tiek panākta ar ļoti spēcīgu lāzera impulsu.

Tiesa, ka eksperimentā izmantotā lāzera impulsa enerģija bija mazāka nekā reakcijā izdalītā enerģija. Taču vēl krietni par agru priecāties, ka beidzot sasniegta pozitīva enerģijas bilance kodolsintēzē, un nu tik varēsim sākt ražot elektrību. Ēnā palika informācija par to, cik tad enerģijas kopumā patērē visa milzīgā lāzera darbināšana. Lai līdz mērķim nogādātu divu megadžoulu impulsu, lāzeriekārta patērē elektroenerģiju robežās no 380 līdz pat 400 megadžouliem, ja skaita gan dzesēšanas sistēmas, gan datorus un pārējo aparatūru. Tātad kopumā visas sistēmas enerģijas patēriņš beigās tāpat krietni pārsniedza reakcijā izdalīto enerģiju. Smalkāk par šo eksperimentu var lasīt "Campus" rakstā "Tagad ar vēsu galvu. Vai ASV kodolsintēzes eksperiments tiešām ir lielais izrāviens?"

Arī JET šādu pozitīvu bilanci nav sasniedzis. JET eksperimentā kodolsintēze tiek iegūta tradicionālāka dizaina reaktorā – tā sauktajā tokamakā. Te plazma tiek iedegta un noturēta barankas formas kamerā ar ļoti spēcīgu magnētu palīdzību. Savulaik sarunā par kodolsintēzes nākotni Latvijas Universitātes Cietvielu Fizikas institūta direktors Andris Anspoks izteicās: "Tokamaks ir prasts kā grābeklis un ir pierādījis, ka strādā. Dizains ir zināms, vienīgais, kas jāizdara, – jāuzbūvē liela mēroga iekārta, lielāka nekā JET ("Joint European Torus") Apvienotajā Karalistē, kas nu jau būs savu laiku nokalpojusi."

Francijā topošais ITER būs pavisam cita mēroga "zvērs".

Taču JET atvadījās ar grandiozu žestu. Pēdējā eksperimentu sērijā JET iekārtā piecas sekundes uzturēta kodolsintēzes reakcija, ģenerējot 69 megadžoulu enerģiju. Un tas viss, izmantojot vien 0,2 miligramus kodoldegvielas – 0,1 miligramu deitērija un 0,1 miligramu tritija. Reakcijas laikā šie ūdeņraža izotopi plazmas kamerā sasniedza temperatūru, kas ir 10 reižu augstāka par temperatūru Saules kodolā. Ar 69 megadžouliem pietiek, lai ar elektroenerģiju nodrošinātu apmēram 40 tūkstošus mājsaimniecību.

JET turpmāko gadu laikā tiks demontēts, taču tā mantojums ir neatsverams, izstrādājot nākamās paaudzes tokamakus, piemēram, grandiozo megaprojektu ITER Francijā, kam jāsāk eksperimenti tuvākajos gados. Pētniekiem ir cerības, ka enerģētikā jau praktiski pielietojama kodolsintēzes reaktora prototips varētu būt gatavs līdz 2050. gadam.