YDINVOIMA OSA 2

Edellisessä artikkelissa avattiin ydinvoiman yleistä historiaa, ja puhuttiin ydinvoimasta fissioenergian kautta. Fissiossa, jolla tuotetaan kaikki nykyinen ydinvoima, atomi halkaistaan kahtia, mikä synnyttää ketjureaktion jossa vapautuu lämpöä. Lämmöllä lämmitetään vettä, mikä pyörittää turbiinia joka tuottaa sähköä. On kuitenkin olemassa toinenkin tapa tehdä ydinvoimalla sähköä, nimittäin fuusioenergia. Fuusioenergian tuottamiseksi ei toistaiseksi ihmiskunnan teknillinen kehitys riitä, mutta sitä kohti pyritään. Fuusioenergialla pystytään nimittäin tuottamaan lähes kokonaan päästötöntä energiaa.

Fuusioenergia

Fuusiossa kaksi toisiinsa törmäävää kevyttä ydintä yhdistyvät, jolloin uuden ytimen syntyessä syntyy energiaa. Tällä hetkellä miltei kaikki fuusion kehittäjät yrittävät fuusioida vedyn isotooppeja deuteriumia ja tritiumia, jotka yhdistyessään synnyttävät heliumia sekä vapauttavat neutroneita. Valitettavasti radioaktiivisuus syntyy villisti poukkoilevista neutroneista, ja juuri tämä on niin kutsutun DT-fuusion ongelma. Neutronit eivät varauksettomina hiukkasina pysy tilaan luotujen magneettikenttien sisällä, vaan syöksyvät ympäriinsä valtavalla nopeudella. Ongelma yritetään ratkaista vangitsemalla neutronit erilliseen hyötyvaippaan, jossa voitaisiin samalla valmistaa uutta tritiumia polttoaineeksi. Valitettavasti prosessi on hankala ja tritium itsessään on radioaktiivinen aine.

Fuusiossa aineiden pitää olla plasmana. Valitettavasti maapallolla fuusio vaatii noin 100 miljoonan asteen lämpötilan, jotta aine muuttuu plasmaksi. Vertailuna aurinko, jossa fuusio pysyy käynnissä noin 17 miljoonan asteen lämpötilassa. Kuuman plasman hallitseminen on äärimmäisen hankalaa, sillä se ei luonnollisesti voi koskea mihinkään. Lähes kaikissa fuusiolaitteissa plasmaa yritetään hallita voimakkaiden magneettikenttien avulla. Tästä syntyy hämmentävä ongelma. Magneetit täytyy saada superjohtaviksi, jotta sähkövirta kulkisi niiden lävitse ilman vastustusta. Tämän saavuttaakseen ne täytyy jäädyttää miinus 269 celsiusasteeseen, samalla kun vieressä pauhaa 100 miljoonan asteen fuusioreaktio.

Fuusioenergian edut ovat kuitenkin kaikessa haastavuudessaan valtavat. Käytännössä muutamasta litrasta vettä ja yhdestä kännykän litium-akusta saataisiin tehtyä polttoainetta yhden ihmisen vuosikymmenten sähkötarpeisiin. Myös polttoainetta eli vedyn raskaita isotooppeja on rutkasti saatavilla. Fuusiossa ei vapaudu kasvihuonekaasuja, eikä se synnytä radioaktiivista jätettä, toisin kuin fissioenergia. Mikäli jokin menee pieleen, reaktio sammuu eikä vaaratilanteita synny.

Yhteistuumin Fuusioenergian valjastamiseen

Etelä-Ranskassa rakennetaan tälläkin hetkellä kansainvälisellä rahoituksella ITER-fuusiokoereaktoria. Vuosikymmenien yrityksestä huolimatta ei olla pystytty tuottamaan fuusiota, joka tuottaisi enemmän energiaa kuin mitä se kuluttaa. ITER:n toivotaan tuottamaan kymmenen kertaa enemmän energiaa kulutukseen verrattuna. Halpaa ITER:n rakentaminen ei ole, sillä sen on arvioitu maksavan noin 15 miljardia euroa.

ITER itsessään on vain testireaktori, minkä tarkoituksena on selvittää voiko fuusioreaktori olla teknillisesti sekä taloudellisesti kannattavaa. Sen 500 megawatin reaktori tulee näyttämään esimerkkiä tulevilla 2-4 gigawatin laitteille. Projektissa on mukana Kiina, Intia, Japani, Etelä-Korea, Venäjä sekä Yhdysvallat, joista kaikki omistavat 9 %. Päävastuu on Euroopan unionilla, joka omistaa 45 % projektista. Kaikilla mailla on yhtäläinen oikeus tietoon ja osaamiseen mikä hankkeella saavutetaan. Kaikki perustuu vuoden 2006 ITER-sopimukseen.

Fuusioenergian kimpussa hyörii myös useita pienempiä yrityksiä. Kalifornialainen energiayhtiö Tri Alpha Energy uskoo fuusioenergian olevan jonkinlaisessa toteutuksessa jo 10 vuoden sisällä. Yleinen arvio vie fuusioenergian vuoteen 2050. Yksityiset yritykset ovat kuitenkin optimistisia ajan suhteen, eivätkä usko tarvitsevansa ITER:n kaltaista jättimäistä testireaktoria.

Tri Alpha Energyn lähestymistapa on erilainen kuin ITER:llä. TAE:n laitteessa kaksi plasmapilveä ammutaan toisiaan päin lähes miljoonan kilometrin tuntivauhdilla. Yhtiö kertoo saaneensa loistavia tuloksia kokeissaan, mutta kaksi ongelmaa on vielä ratkaistavana. Miten pitää plasma riittävän kuumana riittävän pitkään? TAE uskoo selvittäneensä ensimmäisen ongelman, pitäneen viime vuonna plasmaa kasassa 5 millisekuntia. TAE pyrkii lähestymään fuusioenergiaa poikkeuksellisen kunnianhimoisella ratkaisulla. DT-fuusion sijasta se aikoo fuusioida protoneja ja booria niin sanotussa pB11-fuusiossa. pB11-fuusio ei vapauta neutroneja (eli ei aiheuta radioaktiivisuutta), mutta se vaatii käsittämättömän 3 miljardin asteen lämpötilan. Fuusioreaktorin kaksi tärkeintä ominaisuutta on siis kestää jatkuva neutronipommitus, sekä valtavat lämpötilat. Mikäli tämä saavutetaan, on ihmiskunnan energiansaanti turvattu vuosisadoiksi asti.