Tartu Ülikooli teadlased arendavad materjale tuleviku tuumareaktori ehituseks

Tartu Ülikooli materjaliteadlaste juhitav rahvusvaheline uurimisrühm sai Euroopa Liidu tuumasünteesi uuringute konsortsiumilt EUROfusion 780 000 eurot, et arendada suure kiirgustaluvusega optilisi materjale, mis sobiksid kasutamiseks uut tüüpi tuumasünteesireaktorites.

Tuumasüntees on Päikese ja teiste tähtede energiaallikas, mille käigus ühinevad vesinikutuumad. Sellise protsessi jäljendamine reaktoris võimaldaks toota nii suurel hulgal energiat, et inimkonna energiavajadus oleks igavesti rahuldatud. Sellega ei kaasneks ohtlikku keskkonnasaastet ja kütusevaru oleks piiramatu. Ettevõtmise varjukülg on aga see, et niisuguses tuumasünteesireaktoris valitsev kiirgustase oleks nii kõrge, et praegu teadaolevad materjalid seda välja ei kannataks. Niisiis tuleb teadlastel reaktori ehitamiseks sobivad materjalid alles luua.

Prantsusmaal juba rajatakse tuumasünteesi tehnoloogial põhinevat väikse võimsusega eksperimentaalreaktorit ITER, mis on mõeldud teaduskatseteks. Reaktor peaks valmima 2027. aastaks, misjärel tuleb katseperiood, pärast mida saab juba asuda rajama praegu projekteerimisetapis olevat demonstratsioonreaktorit DEMO.

Teemantaknad vahendavad infot reaktoris toimuvast

Tartu Ülikooli materjaliteadlaste juhitav uurimisrühm arendab tulevase DEMO reaktori tööprotsesside hindamiseks ja jälgimiseks vajalikke dielektrilisi ja diagnostikaaknaid. Projekti juhi, tahkisefüüsika professori Aleksandr Luštšiki sõnul on Tartu Ülikooli ioonkristallide füüsika laboris pikaajalised kogemused kiiritusnähtuste uurimisega. „Praeguse projekti tuumaks on teemantakende arendus. Täpsemalt selgitatakse projekti käigus, kuidas teemantkeraamika puhtusaste, mitmesugused kaitsekihid ja muud tehnoloogilised uuendused mõjutavad selliste akende kiirgustaluvust. Samuti soovime teada, kuidas ja kui kaua akna omadused kiirgustingimustes püsivad,“ selgitas Luštšik.

Kolmeaastase projekti partnerid on Karlsruhe Tehnoloogiainstituut Saksamaalt ja Läti Ülikooli tahkisefüüsika instituut. Karlsruhe teadlased valmistavad teemantaknad, Tartu ioonkristallide füüsika laboris analüüsitakse nende omadusi ja Lätis modelleeritakse, kuidas materjal käituks tegelikes töötingimustes. „Akende analüüsil tuleb kasutada väga tundlikke meetodeid, kuna lisandeid võib olla väga väikestes kogustes ja teemanti kristallides toimuvad muutused väga väikeses ulatuses. Väikeste muutuste mõju kogu akna töökindlusele võib aga kiirgustingimustes olla suur. Peame kindlaks tegema, kuidas lisandid mõjuvad ja millised struktuuridefektid kiirgustingimustes tekivad, ning uurima, kas need defektid on püsivad või taanduvad mingites oludes,“ selgitas Luštšik. Tartu teadlaste juhitava töörühma eesmärk on saada aken, mille olulised omadused säilivad kiirgustingimustes võimalikult kaua.

Luštšik rõhutas, et kogu töö on ettevalmistus selleks, et kunagi võiks ehitada reaktoreid, ja neid praegu alles projekteeritakse. „Praegu kasutusel olevate tuumareaktorite tööpõhimõte seisneb raskete tuumade lõhenemises. Selleks kasutatakse lähteainena peamiselt uraani ja plutooniumi. Meie valmistame ette aga sünteesireaktoreid, mis hakkavad tootma vesinikutuumade ühinemisel tekkivat energiat. Seal on radioaktiivsusega seotud probleemid tuumade lõhenemisel põhinevate reaktoritega võrreldes peaaegu olematud, sh võimalike jäätmete puhul,“ selgitas professor.

DEMO reaktori rajamiseks vajaliku tehnoloogia ja materjalide arendamisega võib minna teadlaste sõnul veel paarkümmend aastat. EUROfusioni tööplaanide järgi võiks DEMO tööd alustada umbes 2050. aastal. Siis läheb aga veel paarkümmend aastat selleks, et jõuda tööstusliku mudelini.

EUROfusion on maailma suurim tuumasünteesi uuringute konsortsium. Tartu Ülikooli juhitav projekt valiti välja 72 kandidaadi seast.

Lisateave: Aleksandr Luštšik, Tartu Ülikooli tahkisefüüsika professor, 5330 4502, aleksandr.lushchik@ut.ee