Tartu universitātes zinātnieki izstrādā materiālus nākotnes kodolsintēzes reaktoram

Saules un citu zvaigžņu enerģijas avotu nosaka kodolsintēzes reakcija starp diviem ūdeņraža kodoliem. Šī procesa atdarināšana reaktorā ļautu saražot tik daudz enerģijas, ka pasaules enerģijas vajadzības tiktu pastāvīgi saražotas. Tas neradīs nopietnu vides piesārņojumu, un degvielas piegāde būs neierobežota. Tomēr negatīvais ir tas, ka radiācijas līmenis šajā kodolsintēzes reaktorā būs tik augsts, ka pašlaik zināmie materiāli to nepanes. Tādējādi pētniekiem joprojām ir jāizveido atbilstoši reaktora celtniecības materiāli.

Eksperimentālais mazjaudas reaktors, kas balstīts uz kodolsintēzes tehnoloģiju, ITER, pašlaik tiek būvēts Francijā zinātniskiem eksperimentiem. Paredzams, ka reaktors tiks pabeigts līdz 2027. gadam, kam sekos testēšanas periods, pēc kura var uzbūvēt eksperimentālu DEMO reaktoru, un tas pašlaik ir projektēšanas fāzē.

Pētniecības grupa, kuru vada Tartu Universitātes materiālzinātnieki, izstrādā izolācijas un diagnostikas logus, kas nepieciešami, lai novērtētu un uzraudzītu topošā DEMO reaktora darbību. Projekta vadošais pētnieks, cietvielu fizikas profesors Aleksandrs Losčeks saka, ka Tartu Universitātes Jonu kristālu fizikas laboratorijai ir ilga pieredze radiācijas parādību izpētē. “Pašreizējais projekts koncentrējas uz dimanta logu izstrādi. Precīzāk, projekta mērķis ir uzzināt, kā dimanta keramikas tīrība, dažādie aizsardzības slāņi un citas tehnoloģiskas inovācijas ietekmē šo logu starojuma pretestību. Mēs arī vēlamies uzzināt, kā un kāpēc cik ilgi izstarojuma laikā saglabāsies loga īpašības, ”skaidroja Lučiks.

Mūsu pētījumu partneri trīs gadu projektā ir Karlsrūes Tehnoloģiju institūts Vācijā un Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts. Pētnieki Karlsrūē veido dimanta logus, un to īpašības tiek analizētas Tartu Universitātes jonu kristālu fizikas laboratorijā, un Latvijā pētnieki izstrādā, kā materiāls izturēsies faktiskajos ekspluatācijas apstākļos. “Lai analizētu logus, jāizmanto ļoti jutīgas metodes, jo piemaisījumu koncentrācija var būt ļoti maza, un dimantu kristālos notiekošo izmaiņu diapazons ir ļoti mazs. Tomēr nelielu izmaiņu ietekme uz visa loga uzticamību ir starojuma apstākļos var būt milzīgs, mums jānosaka piemaisījumu ietekme un kādi ir strukturālie defekti, kas rodas starojuma ietekmē, un jāizpēta, vai šie defekti ir fiksēti vai atsvaidzināti noteiktos apstākļos. ” Tartu zinātnieku darba grupas mērķis ir izpētīt svarīgas funkcionālās īpašības, kas pēc iespējas ilgāk darbojas zem starojuma.

Loščičs uzsvēra, ka viss darbs ir ievads tam, lai vienu dienu varētu uzbūvēt pašlaik projektētos reaktorus. “Pašlaik izmantoto kodolreaktoru darbības princips ir smago kodolu sadalīšanās. Parasti kā degvielu izmanto urānu un plutoniju. Mēs gatavojamies kodolsintēzes reaktoriem, kas ražos enerģiju, kas rodas no ūdeņraža kodolu saplūšanas. Radioaktivitātes problēmas, ieskaitot iespējamos atkritumus, tur gandrīz nav, salīdzinot ar kodola skaldīšanas reaktoriem, paskaidroja profesors Losčeks.

Pēc pētnieku domām, DEMO reaktora uzbūves tehnoloģijas un materiālu izstrāde varētu aizņemt vēl apmēram divdesmit gadus. Saskaņā ar EUROfusion plāniem DEMO varētu sākt darboties ap 2050. gadu. Pēc tam rūpnieciskā reaktora sasniegšanai būs nepieciešamas vēl dažas desmitgades.

EUROfusion ir lielākais kodolsintēzes pētījumu konsorcijs pasaulē. Tartu universitātes vadītais projekts tika izvēlēts no 72 priekšlikumiem.

###