Tänään tuotettiin Max Planckin plasmafysiikan instituutin Wendelstein 7-X -fuusiolaitteella ensimmäisen kerran heliumplasmaa. "Stellaraattorissa" tuotetun plasman lämpötila oli noin miljoona celsiusastetta.

Energiantuotantoon koelaitteistosta ei kuitenkaan ole, vaikka se onkin lajissaan suurin. Testeillä on tarkoitus tutkia, onko Lyman Spitzerin jo 1950-luvulla kehittelemästä laitteesta tulevaisuuden fuusiovoimalan sydämeksi.

7-X rakentuu 50 suprajohtavasta käämistä, joista kookkaimmat ovat 3,5 metriä korkeita. Käämit ympäröivät tyhjiökammiota ja ne jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä nestemäisen heliumin avulla. 

Kun käämit kytketään päälle, ne eivät kuluta juuri lainkaan energiaa. Niiden muodostama magneettinen "häkki" pitelee noin 30 kuutiometrin kokoista hyvin harvaa plasmapilveä irrallaan tyhjiökammion seinämistä.

Wendelstein 7-X -koelaitteisto

1970-luvulla stellaraattorin ohi kiilasivat lupaavampina pidetyt tokamak-tyyppiset, rengasmaiset fuusiokammiot, mutta suurista odotuksista huolimatta niiden käytännön toteutuksessa on ollut suuria ongelmia.

Käytännöllisen fuusiovoiman toteutuminen onkin ollut jokseenkin koko alan tutkimuksen historian ajan noin kolmen vuosikymmenen päässä tulevaisuudessa. Nyt otettiin kuitenkin askel, joka saattaa lyhentää tuota aikaväliä.

Wendelstein 7-X -laitteistoa rakennettiin yhdeksän vuoden ja miljoonan työtunnin ajan, ja se saatiin rakenteellisesti valmiiksi huhtikuussa 2014. 

Sen jälkeen kokonaisuuden eri osia – tyhjiökammiota, jäähdytysjärjestelmää, suprajohtavia käämejä ja niiden tuottamaa magneettikenttää sekä ohjaus-, kuumennus- ja mittalaitteita – on testattu huolella.

Tyhjiökammio

Tänään laitteisto käynnistettiin ja sen sisuksiin syötettiin milligramman verran heliumkaasua, joka kuumennettiin lyhyellä 1,3 megawatin mikroaaltopulssilla, jolloin se muuttui plasmaksi.

"Aloitimme heliumista tuotetulla plasmalla, mutta siirrymme varsinaiseen tutkimuskohteeseen eli vetyplasmaan ensi vuonna", toteaa projektin vetäjä Thomas Klinger.

"Syynä on se, että heliumin saa muutettua helpommin plasmaksi. Lisäksi pystymme puhdistamaan plasmakammion sisäpinnat heliumilla."

Kokeessa helium pysyi plasmana sekunnin kymmenyksen. Seuraavaksi on tarkoitus pidentää plasman "elinaikaa" ja selvittää, miten plasman tuotanto mikroaalloilla onnistuu parhaiten. Kokeita jatketaan tammikuussa ja niiden tavoitteena on päästä siirtymään mahdollisimman pian vetyplasman tutkimukseen.

Varsinaisen fuusioreaktion käynnistyminen vaatii yli sadan miljoonan asteen lämpötilan, joten ongelmana on eristää vetyplasma tyhjiökammion seinämistä. Koska plasma johtaa sähköä, se onnistuu magneettikenttien avulla – mutta helppoa se ei ole.

Tällä hetkellä ainoastaan tokamak-tyyppistä reaktoria pidetään energiantuotannon kannalta toteuttamiskelpoisena. Parhaillaan Cadaracheen Ranskaan rakennetaan ITER-koereaktoria, jonka on määrä valmistua vuoden 2020 tienoilla.

Wendelstein 7-X -laitteistolla ei pystytä tuottamaan energiaa, mutta sillä kyetään kenties osoittamaan, että myös stellaraattori-tyyppisellä reaktorilla se on mahdollista. 

7-X on tullut maksamaan noin 370 miljoonaa euroa, joka jakautuu usean valtion sekä Euroopan Unionin kesken.

Onnistuneesta kokeesta kerrottiin Max Planckin plasmafysiikan instituutin uutissivuilla.

Kuvat: IPP [heliumplasma ja tyhjiökammio]; IPP, Thorsten Bräuer [7-X-koelaitteisto]


Juttuja samasta aiheesta