Tiedetuubin systeemipäivitys on loppusuoralla. Uusia juttuja julkaistaan vasta päivityksen jälkeen. Pahoittelut!

Jamie Edwards

Fuusioreaktio Jamien tapaan

Englantilainen 13-vuotias Jamie Edwards on maailman nuorin ydinfuusion aikaan saanut henkilö. Edellinen ennätys oli Taylor Wilsonilla Nevadasta; hän onnistui tässä ollessaan 14 vuotta vanha.

Siis nykyisin teini voi onnistua siinä, mihin muutama vuosikymmen sitten tarvittiin suuri tutkijaryhmä ja iso laboratorio. Kyseessä ei luonnollisestikaan ole suuri ja vaarallinen ydinpommi tai sähköä voimaverkkoon laittava reaktori, vaan pienikokoinen demonstraatio – tosin erittäin vaativa sellainen. Koejärjestelyssä tuotetaan vedystä heliumia ydinfuusiolla periaatteessa samaan tapaan miten Aurinko tuottaa energiaansa.

Jamie oli kiinnostunut asiasta ja ehdotti fuusioreaktorin tekemistä koululleen Leicestershiressä, Englannissa, ja sai sitä varten 2000 punnan apurahan viime marraskuussa. Sen jälkeen hän ryhtyi hommiin ja tilasi pääosin internetin kautta kaikkea, mitä koe tarvitsee. Hän raportoi koko ajan hankkeen edistymisestä kaikkine vastoinkäymisineen ja onnistumisineen blogissaan. Kun reaktori oli lopulta valmis, hänen täytyi osallistua vielä säteilyturvakurssille ennen kuin reaktori sai käynnistysluvan.

Alla on BBC:n Jamiesta ja hänen projektistaan tekemä juttu.

"Fuusioreaktorin" periaate

Kyseessä oleva reaktori ei ole luonnollisestikaan samanlainen fuusioreaktori, mistä toivotaan uudenlaista energianlähdettä. Se ei toimi myöskään samalla tavalla kuin vetypommi – muutoin tuskin koulu olisi antanutkaan Jamien toteuttaa haavettaan. Reaktori on niin sanottu fuusori, jonka kehitti 1960-luvulla fysikko Philo T. Farnsworth. Hänen toiveenaan oli saada laitteistolla aikaan energiaa kuten "oikealla" fuusiorekatorilla, mutta lopulta laitteistosta tulikin suosittu fysiikan demonstraatio. Fuusorissa on tyhjökammiossa kaksi sisäkkäistä sähköäjohdinverkkoa, joista sisempään johdetaan negatiivinen varaus ja ulompaan positiivinen varaus. Kammion sisältä pumpataan lähes kaikki ilma pois, mutta sinne laitetaan vähän deuteriumia, eli vedyn raskasta isotooppia kaasuna. Suurjännite sähköverkoissa saa kaasun ionioitumaan, eli sähkökenttä potkaisee molekyyleistä eletronin pois, ja näin positiivisesti varattu deuterium alkaa liikkua sähkökentän kiihdyttämänä kohti tyhjökammion keskustaa. Osa ioneista törmää toisiinsa, ja ne jotka menevät ohitse, liikkuvat pian kammion ulkoreunalle, jolloin sähkökenttä hidastaa niiden menoa ja kääntää liikesuunnan takaisin kohti keskustaa. Mikäli fuusorin energia on varsin pieni, hohtaa sisällä oleva plasma kauniina pilvenä. Näyttää siltä, että kammion sisällä olisi pieni Aurinko. Korkeampienergisissä fuusoreissa deuteriumionit yhtyvät heliumiksi ja tritumiksi, vedyn deuteriumiakin raskaammaksi isotoopiksi. Deuteriumissa on vetyatomin ytimessä protonin lisäksi yksi neutroni ja tritiumissa kaksi. Kun kaksi deuteriumatomia fuusioituu helium-4 -atomiksi, syntyy reaktiossa lisäksi protoni (vety-ydin), neutroni ja gammasäde. Ylimääräistä energiaa reaktio ei tuota, joten tällaista fuusioreaktoria voi käyttää turvallisesti fysiikan demonstraationa.
Fuusorin periaate

Tee itse oma fuusorisi!

Periaate on siis hyvin yksinkertainen ja kuka tahansa voi tehdä fuusioreaktorin. Pitää kuitenkin muistaa, että laitteistossa on vaarallinen korkeajännite ja se tuottaa röntgensäteilyä, joten varotoimet ovat tarpeen. Sähköasennuksia tulee tehdä huolella ja säteilyä vastaan tulee suojautua lyijyllä. Polttoaineena käytettävä vety on erittäin räjähdysherkkää, vaikka tarkoituksena ei olekaan polttaa, vaan fuusioida sitä. Tuotoksena oleva helium sen sijaan ei ole haitallista – sitä käytetään muun muassa ilmapalloissa.

Rahaa osien hankkimiseen kuluu noin 800 euroa, kenties vähemmänkin, jos löytää esimerkiksi käytettyjä mittareita.

Lista on tällainen:

- Tyhjösäiliö, mieluiten pyöreä tai pallomainen. Tämän valmistaminen on hankkeen suurin työ.
- Tyhjöpumppu, joka pystyy imemään säiliöstä ilman pois siten, että tyhjön taso on vähintään 75 mikronia eli noin 99,95% tyhjä
- Toinen, paremman tyhjön saamiseen sopiva pumppu
- Suurjännitevirtalähde, vähintään 40kV ja 10mA (negatiivinen napaisuus)
- Suurjännitevolttimittari
- Painemittari tyhjötason mittaamiseen
- Neutronisäteilyilmaisin
- Geigermittari (röntgensäteilyn mittaamiseen, turvallisuusvaruste)
- Deuterium-kaasua (deuterium on vedyn raskas isotooppi). Tätä voi ostaa tai tehdä itse elektrolyysillä.
- Suuri kuormitusvastus, vähintään 30 cm pitkä ja 50-100K
- TV ja kamera, joilla nähdään reaktorin sisälle
- Lyijyä kameran näköreiän suojaksi
- Normaaleita työkaluja ja porakone.

Hyvät ohjeet laitteiston tekemiseen löytyvät mm. Discovery-lehden sivuilta.


Juttuja samasta aiheesta