Tuumasünteesi läbimurre kontekstis

Eelmisel kuul Californias Lawrence Livermore'i riiklikus laboris (LLNL) riiklik süüteseade teatas oluline läbimurre tuumasünteesiuuringutes. Sellest ajast peale on mitmed inimesed minult küsinud, mida see läbimurre tegelikult tähendab.

Kõigepealt arutleme tuumasünteesi põhitõdede üle. Tänapäeva tuumaelektrijaamad põhinevad tuuma lõhustumisel, mis on raske isotoobi nagu uraan-235 lõhustamine kaheks väiksemaks isotoobiks. (Isotoobid on lihtsalt elemendi erinevad vormid).

Lihtsamalt öeldes on tuuma lõhustumine nagu väikese kuuli tulistamine isotoobi keskele, mis muudab selle ebastabiilseks ja lõheneb. Kui see jaguneb, vabastab see tohutul hulgal energiat (mass ja energia on seotud Einsteini kuulsa võrrandiga E = Mc²). Seejärel saab selle energia muuta elektriks.

Üks peamisi vastuväiteid tuuma lõhustumisele on aga see, et lõhustumise kõrvalsaadused on väga radioaktiivsed ja paljud neist on pikaealised. Teisisõnu kujutavad nad ohtu elule, kui neid õigesti ei käsitseta. Need radioaktiivsed kõrvalsaadused on põhjus, miks mõned on tuumaenergia vastu.

Tuumasünteesi, mis on meie päikesetaoliste tähtede jõuallikas, on erinev. Termotuumasünteesi abil sunnite väiksemaid isotoope kokku, et moodustada suuremaid isotoope. Tavaliselt hõlmab see vesiniku - väikseima elemendi - isotoopide ühendamist heeliumi moodustamiseks. See reaktsioon vabastab isegi rohkem energiat kui lõhustumisreaktsioon, kuid mis veelgi olulisem, see ei tekita pikaajalisi radioaktiivseid kõrvalsaadusi. Seetõttu nimetatakse tuumasünteesi sageli energiatootmise "pühaks graaliks".

Niisiis, milles probleem? Need väikesed vesiniku isotoobid on sulamise suhtes väga vastupidavad. Nende sulandumiseks on vaja tohutut survet ja kõrget temperatuuri (nagu päikese käes). See erineb oluliselt tuuma lõhustumisest, mis toimub suhteliselt lihtsalt. Seega, kuigi tuumasünteesi on võimalik saavutada tuumarelvadega, on teadlased aastakümneid püüdnud luua kontrollitud termotuumasünteesi reaktsiooni, mida saaks kasutada energia tootmiseks.

Aastate jooksul on välja kuulutatud palju "läbimurdeid". Eelmisel kuul teatati, et esimest korda said teadlased termotuumasünteesiprotsessist rohkem energiat, kui nad pidid sisse panema. Varasemad termotuumasünteesi saavutanud jõupingutused nõudsid rohkem energiasisendit kui termotuumasünteesi reaktsioon.

Seega tähistab see olulist läbimurret. Kui lähedal oleme aga kaubanduslike termotuumasünteesi reaktorite arendamisele?

Siin on analoogia, mida olen kasutanud selle konteksti asetamiseks. Teel kommertslennureisidele oli palju verstaposte. Vennad Wrightid tegid ajaloo esimese eduka mootoriga lennu detsembris 1903. Esimese Atlandi-ülese lennuni kulub veel 16 aastat. Kuid esimene laialdaselt edukas kommertslennuk Boeing 707 toodi turule alles 1958. aastal.

Pikaajaline nali on alati olnud see, et kaubanduslik tuumasünteesi on 30 aasta kaugusel. Tegelikkuses tähendab see lihtsalt seda, et me ei näe ikka veel täielikku teed sinna jõudmiseks. Hiljutine läbimurre on kindlasti verstapost kaubandusliku tuumasünteesi teel. Kuid tuumasünteesi kaubandusliku realiseerimiseni võib veel jääda 30 aastat.