Kodolsintēze šobrīd ir viens no karstākajiem pētniecības laukiem fizikā – gan tādā nozīmē, ka aizvien aktīvāk šo nākotnē tik daudzsološo enerģijas ieguves metodi pēta arī privātais sektors, gan pavisam burtiskā nozīmē šī ir pavisam karsta fizika. Lai ražotu enerģiju, atomu kodolus nevis skaldot, bet savienojot, jāiededz plazma un tā jānotur, un šim procesam ir jābūt pilnībā kontrolējamam. Kas nemaz nav viegli, ja runa ir par apstākļiem, kur viela ir vairākas reizes karstāka nekā Saules kodols. Nupat Ķīna paziņojusi, ka eksperimentālajā EAST kodolsintēzes reaktorā atkal sasniegts jauns rekords.
Pērn EAST ("Experimental Advanced Superconducting Tokamak") zinātnieki jau varēja palepoties, ka spējuši reaktorā noturēt 120 miljonus grādu pēc Celsija karstu plazmu 101 sekundi, bet 160 miljonus grādu karstu plazmu 20 sekundes.
Nu EAST jeb tā dēvētajā "mākslīgajā Saulē" izdevies 70 miljonus grādu karstu plazmu noturēt 1056 sekundes. Saules kodolā temperatūra sasniedz ap 15 miljoniem grādu pēc Celsija. Tādējādi Ķīnas zinātnieki EAST reaktorā spējuši vairāk nekā 17 minūtes noturēt plazmu, kas četras ar pusi reizes karstāka par Saules kodolu. Kā tas iespējams? Skaidrs, ka tiešu kontaktu ar šādas temperatūras plazmu neizturētu neviens materiāls, pat viskarstumizturīgākie materiāli, tāpēc tokamakos plazmas "diegs" tora formas vakuuma kamerā tiek noturēts pa vidu ar spēcīgu magnētu palīdzību, atstatu no kameras sienām.
Kaut noturēt desmitiem miljonus grādu karstu plazmu tik ilgi ir iespaidīgs sasniegums, līdz pozitīvai enerģijas bilancei aizvien vēl jāpagaida. Proti, aizvien nevienam eksperimentālajam kodolsintēzes reaktoram nav izdevies sasniegt pat koeficientu 1, kas nozīmētu neitrālu enerģijas bilanci. Šobrīd kodolsintēzes reakcijas uzturēšanai aizvien jāpatērē vairāk enerģijas, nekā no tās varētu dabūt ārā. Taču tuvākajos gados tas varētu mainīties.
EAST reaktora komanda ir iesaistīta arī pasaulē vērienīgākajā kodolsintēzes projektā ITER ("International Thermonuclear Experimental Reactor"), kur tostarp piedalās arī Latvijas zinātnieki.
ITER plānotais mērķis ir efektivitātes koeficients 10. Sarunā ar "Delfi" par to, kā norit darbs pie šīs iespaidīgās iekārtas, Cietvielu fizikas institūta direktors Andris Anspoks norādīja, ka patiesības mirklis neesot tālu. Runa varētu būt par laika posmu no 2030. līdz 2040. gadam, kad zināsim, vai ejam pareizajā virzienā uz enerģētikā praktiski pielietojamu kodolsintēzi. ITER uz pilnu jaudu plānots iedarbināt 2035. gadā, un šobrīd uz tokamaku dizainiem tiek liktas vislielākās cerības. Šī nu starptautiski lietotā termina saknes ir meklējamas krievu valodā – tokamaks ir saliktenis no krievu vārdu "тороидальная камера с магнитными катушками" pirmajiem burtiem. Tulkojot – tora formas kamera ar magnētiskajām spolēm. Ir arī vairāki citi dizaini, piemēram, stellaratori, kur teorētiski plazmai būtu jānotur pašai sevi, taču praksē stellarators vēl sevi nav apliecinājis.
"Stellaratoru koncepts ir interesants, aizraujošs un cerīgs, bet vēl nav pierādījis, ka strādā. Savukārt 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 nokalpojis," skaidro Anspoks un piebilst: "Var smieties vai nesmieties, bet šajā gadījuma vajag lielu "stroķi", lai varētu to tehnoloģisko daļu atstrādāt." Un šo lomu pildīs ITER.
Tikmēr aizvien naskāk rosās arī privātais sektors, nākot klajā gan ar jauniem konceptiem, gan esošo dizainu alternatīvām versijām, un ik pa laikam paziņojot par saviem sasniegumiem. Tā, piemēram, 2021. gada vasarā "Helion Energy" paziņoja, ka savā eksperimentālajā reaktorā iededza 100 miljonus grādu karstu plazmu, kļūstot par pirmo privātkompāniju, kas sasniegusi šo robežšķirtni. 100 miljoni grādu bieži tiek uzskatīti par vēlamo plazmas temperatūru, lai reaktorus varētu lietot enerģijas iegūšanai. Kaut privātajam sektoram pagaidām nav tik lielu finansiālo un arī zinātnisko resursu kā megaprojektam ITER, tur savukārt process nav tik birokrātiski smagnējs.
"Varbūt viņi neuzbūvēs gluži funkcionējošu reaktoru, bet varētu ātrāk pavirzīt uz priekšu kaut kādas atsevišķas tehnoloģijas," min Latvijas Universitātes Ķīmiskās fizikas institūta vadošā pētniece Dr.chem. Elīna Pajuste, kura tostarp nodarbojas arī ar ūdeņraža izotopa tritija pētniecību un to, kā tritijs – kodolsintēzes reaktoros izmantojamā degviela – uzvedas dažādos materiālos.
Tuvākie pāris gadu desmiti kodolsintēzes reaktoru jomā pavisam noteikti būs "karsti" un interesanti.
Seko "Delfi" arī Instagram vai YouTube profilā – pievienojies, lai uzzinātu svarīgāko un interesantāko pirmais!
