Koereaktorissa tuotettu ennätyksellinen 59 megajoulea energiaa osoittaa fuusion potentiaalin energianlähteenä. Tulos on tärkein osoitus 25 vuoteen siitä, että fuusiosta voi tulla turvallinen ja kestävä energianlähde. Englannissa sijaitseva JET-koelaitos ylitti tavoitteensa EUROfusion-konsortion koesarjassa, johon osallistui VTT:n, Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijoita.
JET:n uuden koetulokset ovat mallinnusten mukaisia ja vahvistavat ITER-reaktoria varten tehtyjä ennusteita. Fuusio voi tarjota turvallisen, tehokkaan, riittoisan ja vähähiilisen energianlähteen.
Fuusiossa kevyiden alkuaineiden, kuten vedyn, atomit yhdistyvät korkeissa lämpötiloissa, jolloin muodostuu heliumia ja vapautuu valtavasti lämpöenergiaa. Fuusio on luonnostaan turvallinen, koska reaktiota pidetään yllä syöttämällä jatkuvasti uutta polttoainetta. Plasmamuodossa olevan polttoaineen koossapidon ja kuumennuksen hallitseminen on vaatinut vuosikymmenien tutkimus- ja kehitystyön.
Oxfordin lähellä sijaitseva Joint European Torus (JET) -reaktori on maailman suurin fuusiotutkimuslaite. Kokeiden tarkoituksena oli valmistautua parhaalla mahdollisella tavalla kansainvälisen ITER-reaktorin käynnistämiseen 2020-luvun lopulla. EUROfusion-konsortion 4 800 tutkijaa onnistui kokeessa, joka tuotti 59 megajoulea fuusioenergiaa tasaisella yli 10 megawatin teholla. Energia, joka riittäisi vesitynnyrin kiehauttamiseen, tuotettiin yhdessä plasmapurkauksessa alle 10 sekunnin aikana. Ennätys lähes kolminkertaistaa edellisen, vuonna 1997 saavutetun 21,7 megajoulen tuloksen.
Nyt toteutetussa koesarjassa yhdistettiin yli kahden vuosikymmenen tutkimuksessa saavutettu osaaminen ja käytettiin todellista fuusiopolttoainetta. Saavutettu ennätys ja kokeista kerätty valtava määrä tieteellisiä tuloksia vahvistavat ITER-reaktorin ennusteita. ITER on kuin suurennettu JET-reaktori. Se on rakenteilla Etelä-Ranskaan EU:n, Etelä-Korean, Intian, Japanin, Kiinan, Venäjän ja Yhdysvaltain yhteisenä projektina, jolla halutaan todistaa, että fuusiosta saa enemmän energiaa kuin mitä plasman kuumentaminen vaatii.
“Kokeissa huipentui usean vuoden valmistautuminen, ja JET on nyt ylittänyt sille alun perin 1980-luvulla asetetut tavoitteet. Suomelle on ollut mahtava mahdollisuus päästä mukaan JET:n kokeita tekeviin eurooppalaisiin tiimeihin, joissa olemme saaneet tehdä maailman kärkeen kuuluvaa tutkimusta ja tuoda syvää teknistä ja tieteellistä osaamista Suomeen”, VTT:n johtava tutkija ja Suomen fuusiotutkimusohjelman johtaja Tuomas Tala kertoo.
Fuusion kehittämisen tavoitteena on tuoda kestävien energialähteiden valikoimaan turvallinen, tehokas, riittoisa ja vähähiilinen lisä. EUROfusion suunnittelee jo ITERin seuraajaa, DEMO-reaktoria, jonka on tarkoitus tuottaa sähköä vuosisadan puolivälissä. Julkisella rahalla tehtävän kehitystyön rinnalla useat yksityiset yritykset ovat ilmoittaneet kunnianhimoisista suunnitelmistaan ja hankkimastaan merkittävästä rahoituksesta.
“Seuraavaksi analysoimme tuloksia ja esimerkiksi tutkimme, kuinka paljon fuusioreaktiot kuumensivat polttoainetta eli plasmaa. Tämä niin sanottu alfakuumennus on ratkaisevaa itseään ylläpitävän fuusiopalon aikaansaamiselle tulevaisuuden fuusiovoimalaitoksissa”, Tala sanoo.
EUROfusion-konsortion tutkimus on Euroopan Komission ja jäsenmaiden yhdessä rahoittamaa.
TAUSTATIETOA FUUSIOENERGIASTA
Fuusioenergian potentiaali
Fuusio, Auringon kaltaisten tähtien voimanlähteenä toimiva prosessi, tarjoaa lähes rajattoman puhtaan sähkön lähteen pitkällä aikavälillä käyttämällä pieniä määriä polttoainetta, jota voidaan hankkia maailmanlaajuisesti edullisista ja runsaista raaka-aineista.
JET-koereaktorin merkitys fuusiotutkimukselle
JET, jossa saavutetaan 10 kertaa Auringon sisäosia korkeampia lämpötiloja, on korvaamaton koelaitos valmistauduttaessa ITER-reaktorin käyttöön. ITER kuuluu kaikkien aikojen suurimpiin tieteellisiin yhteistyöhankkeisiin. JET kykenee luomaan samanlaiset olosuhteet kuin ITER ja tulevaisuuden fuusiovoimalaitokset ja on ainoa koelaite, jossa voidaan käyttää todellista fuusiopolttoainetta eli vedyn raskaiden isotooppien deuteriumin ja tritiumin seosta.
Energia ja teho
Ennätyksen tuottaneessa kokeessa JET synnytti 59 megajoulea lämpöenergiaa noin 5 sekuntia kestäneessä ”purkauksessa”. Tehona (sekuntia kohti tuotettuna energiana) ilmaistuna JET piti yllä keskimäärin hieman yli 11 megawatin tehoa 5 sekunnin ajan.
Edellinen fuusioenergian ennätys vuodelta 1997 oli 22 megajoulea kokonaisenergiaa eli 5 sekunnin ajalle laskettuna keskimäärin 4,4 megawattia. Suurienergisten plasmapurkausten synnyttäminen ja hallitseminen ovat olennaisia, kun fuusiosta kehitetään energianlähdettä.
