Hullumeelse projekti tunnistajaks: Postimees käis Prantsusmaal paigas, millest võib saada kõige kuumem punkt Universumis

Ulmelisena näiv hiigelprojekt tõotab teha seni võimatuks peetut – põrgatada üheks kaks vesinikutuuma, tuues sellega inimkonnale Olümpose tipu tule ja otsatu energiaallika.

Lõuna-Prantsusmaal on paik, mis võib heal juhul juba vähem kui kümne aasta pärast olla kõige kuumem koht Universumis. Õnnestumise korral saab sellest suurim monument teaduslikule progressile, inimlikule leidlikkusele ja koostööle. Ebaedu korral aga kurb mälestusmärk kõige kallimale teaduskatsele läbi aegade ning inimkonna ennastunustavale püüdlemisele Päikese poole.

See paik asub Provence’i maakonnas Cadarache’i lähistel ning siia sõites ei ole kordagi tunnet, nagu võiks kusagil lähistel asuda nii tehniliselt kui ka korralduslikult maailma keerukaim teadusprojekt. Bussiaknast paistavad hoopis château’d ja viinapuuaiad ning taamal voolav Rhône.

Kui objektile minekuks ei oleks vaja läbi teha rangeid turvaprotseduure, võiks esmapilgul arvata, et siin ehitatakse mõnd suuremat tööstusobjekti – tuul puhub üles tolmu ja kiivreid kandvad asjamehed siblivad mööda tohutu suurt platsi kes teab kuhu. Keset kruusahunnikuid ja kraanasid seisab aga kandiline läikiv Tokamaki-hoone (vaata kõrvallugu) nagu müstiline monoliit Stanley Kubricki kuulsas filmis «2001: Kosmoseodüsseia».

Keset ehitusplatsi seisvad TOKAMAKi- ja monteerimishooned on kaetud peegelpindadega, et need paremini keskkonda sulandada.

FOTO: ITER

Olen teadaolevalt esimese eesti ajakirjanikuna (parandus - see info ei vasta tõele. Aastal 2015 käis ITERis ka «Pealtnägija» - toim.) jõudnud hiiglasliku rahvusvahelise teaduskoostööprojekti ITER territooriumile. Eesti keeles lahtikirjutatuna tähistab see akronüüm Rahvusvahelist Eksperimentaalset Termotuuma Reaktorit. Tuumajaama, mis erineb kõigist senistest. Teadusprojekti, mille arendajad loodavad siit saada lahenduse inimkonna piiritu energiavajaduse probleemile. Eesmärki, mille nimel töötavad päevapoliitikast hoolimata koos pea kõik maailma suuremad riigid. Ladina keeles tähendab iter aga teed, rada või teekonda. Mis imelik masin see siis olla võiks?

«Inimkond ei ole kunagi midagi sellist teinud – tegemist on kõige keerukama masinaga kogu maailmas,» ei jää ITERi teadusrühma juhatav plasmafüüsik Mark Henderson valmivast hiigelmasinast rääkides tagasihoidlikuks.

Oma mahult on ITER võrreldav kuulsate teaduskeskuste CERNi ja LIGOga, keerukuse poolest teeb ta ehk teistele silmad ettegi.

Nimelt ei peaks siin rajatav jaam hakkama saama millegi vähemaga kui demonstreerima Päikese südames toimuvate tuumasünteesi – kergete tuumade liitumise – protsesside kui lõputa energiaallika perspektiivikust Maal. Arvestades, et inimkonna energiavajadus kasvab pidevalt ning fossiilkütused saavad ühel hetkel paratamatult otsa, näib tuumasünteesi- ehk fusioonenergia, isegi kui ta on enneolematult keeruline, ühe võimaliku tulevikutehnoloogiana.

Kõige optimistlikumate ennustuste järgi võiks siin juba aastal 2025 leida aset sündmus, mida asjaosalised nimetavad «esimeseks plasmaks». See tähendab, et spetsiaalses kambris kuumutatakse vesinikuioonidest koosnev plasma temperatuurini 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi, tehes sellest mõnede mööndustega kõige kuumema punkti kogu Universumis.

Astudes kogu objekti olulisima rajatise, Tokamaki hoone südamesse, hakkab kogu ettevõtmise mastaap selgemaks saama. See on vaid üks 39st ITERi ehitisest, millest enamik on vajalikud vaid siia püstitatava hiigelmasina komponentide kokkupanekuks.

Isegi praeguses olekus, kus hiiglaslike elektronmagnetite, neutronkiirekahurite ja muude seadmete paigaldamiseni on veel aastaid aega, on ainuüksi betoonist valatud karkass muljet avaldav – tegu on ligi kaheksakorruselise ja 60 meetri kõrguse kolossiga, mis peab  suutma kanda 23 000 tonni kaaluvat Tokamaki masinat ning seda ümbritsevat krüostaati ehk inimkeeli ülivõimsat külmikut. Mõistagi maailma suurimat.

FOTO: Kaur Maran

Ühel hetkel teatab külastajaid ringi kantseldav giid, et nüüd lähme ronima ja kõik lahtised asjad tuleb kindlasti taskusse ära panna. Mõtlen, et ju läheb siis tõesti turnimiseks, ning topin taskud asju täis. Tuleb välja, et ronime üles mööda tavalist keerdtreppi. Uurin, miks on külastajatel vaja kanda töökindaid. Giid teatab, et selleks, et keegi endale teravate detailidega haiget ei teeks. Turvalisust võetakse siin ikka jaburalt tõsiselt.

Kui kõik tükid paigas, saab masina kogukaaluks mitte vähem kui 440 000 tonni. Tokamaki hoone kõrval seisva masinaosade kokkupanemise hoone laes liikuvad kraanad suudavad kirjade järgi tõsta 400 tonni. Mitme suurema elemendi liigutamiseks ei piisa seal vägesid juhatava hiinlasest inseneri kinnitusel aga nendestki.

Kokku on katsejaama rajamisega hõivatud ühe suurema Eesti väikelinna jagu inimesi üle maailma. Nagu tõdeb arendustöö sujumise eest vastutav Hans Hendrich Altfeld, teeb rahvusvaheline mõõde kogu asja veelgi keerulisemaks – igas osavõtjariigis on omad kombed, töökultuur ja tehnilised standardid.

«Sisuliselt ehitame siin miljonist osast koosnevat masinat, mille detaile toodetakse kõikjal üle maailma,» räägib Altfeld.

Mida enam me ITERi platsil ringi käime, seda hullumeelsem ettevõtmine tundub. Vastavalt ITERi lepingule jaotuvad nii töö kui ka rahastamine kõigi seitsme osalise vahel. Üks poliitilise kokkuleppena aluse saanud projekti aluspõhimõtetest on, et peale kulude jagatakse ka tekkivat intellektuaalset omandit nii, et kui tehnoloogia kord tõestatud saab, oleks kõigil osalistel olemas oskusteave oma jaamade ehitamiseks.

See on aga toonud kaasa olukorra, kus Prantsusmaal peavad mitmesajatonnised «detailid», millest mõned on pärit Itaaliast, teised Hiinast, kolmandad USAst, Venemaalt või kust tahes, sobituma kokku kellavärgi täpsusega – juba mõnemillimeetrine ebatäpsus võib halvata kogu masina monteerimise.

Kogu ITERi üheks suuremaks tugevuseks, aga ka väljakutseks on rahvusvaheline mõõde - koos peavad töötama ka muidu omavahel vaenutsevad riigid. Seega on projekti juhtimise osa ka kursi hoidmine päevapoliitika tuultes.

FOTO: ITER / Fusion 4 Energy

«Loomulikult on meil olnud tagasilööke, kuna ühes köögis on lihtsalt liiga palju kokkasid ning see toob paratamatult kaasa vigu,» tunnistab mammutprojekti kommunikatsiooni juhtiv Sabina Griffith.

See on aga pehmelt öeldud. Pärast seda, kui organisatsioonile 2007. aastal alus pandi, on selle töös korduvalt tulnud ette tähtaegade edasilükkamist ning eelarve lõhkiminekut. Osalt on see seotud osalevate riikide päevapoliitikaga, teisalt aga on kogu masinavärgi juhtimine olnud niivõrd kehv, et välisaudiitorid kirjeldasid seda kord isegi kui 20 miljardit dollarit maksvat täielikku kaost ning New York Times tituleeris selle koguni unenäomasinaks.

Ehk on ka see üks osa põhjustest, miks alternatiivsetest energiaallikatest rääkides mainitakse tuumasünteesienergiat küllaltki harva. Rääkides ühe briti kolleegiga, jääb kõrvu skeptiline repliik, et juba viimased 50 aastat on see pidanud 50 aasta pärast valmis olema. Ka ITERis rajatav reaktor ei saa olema töötav ja energiat tootev elektrijaam, vaid pigem n-ö proof of concept – tõestus, et tuumasüntees on energia tootmiseks realistlik tehnoloogia. Esimene vooluvõrku ühendatud tootmisjaam DEMO on alles järgmine etapp fusioonenergia juurutamisel.

Samal ajal on aga ka «tavaliste» tuumajaamade ehitamine viimastel aastatel nende kalliduse tõttu peaaegu lõppenud ning taastuvenergia järjest odavnenud.

Ometigi näib, et enamik ITERi osalistest ei kavatse lähiajal projektilt rahastust ära võtta. Ainus erand on siin ehk Donald Trumpi juhitud USA, kuid nendegi esialgsed jäigad seisukohad on veidi pehmenenud.

Üks põhjus võib olla 2015. aastast organisatsiooni etteotsa astunud uus peadirektor Bernard Bigot, kelle juhtimise all on kaos mitme juhtiva töötaja kinnitusel tunduvalt vähenenud.

ITERi uus peadirektor Bernard Bigot (keskel) on suutnud projekti varasemat kaost ohjeldada, tunnistavad mitmed töötajad.

FOTO: Fusion 4 Energy

Projekti poliitilisest dimensioonist rääkides tunnistab pidevalt naeratav uus peadirektor, et sellise projekti puhul tuleb lihtsalt olla optimist.

«Samas ei saa eitada, et kahtlejaid on alati, samamoodi nagu neid, kes on valmis iga hinnaga uusi asju tegema. Mulle on selge, et inimkond ei saa oma praeguste energia ammutamise viisidega jätkata. Ma ei tea, kas meil õnnestub tuumasünteesi kasulikkust tõestada, aga ma tahan seda teada saada. Sellisel juhul peaks ka maailm teadma, miks inimene ei suuda kasutada ära protsesse, mis toimuvad Päikese ja teiste tähtede südames,» räägib Bigot.

Omamoodi ongi tuumasünteesi tõestamine seega rahvusvahelise teaduskoostöö musternäidis. Kogu projekt sai alguse 1985. aastal Ronald Reagani ja Mihhail Gorbatšovi kokkuleppel ainulaadse projektina, kus USA ja Nõukogude Liit tõotasid töötada koos ühise eesmärgi nimel. Reaalse arendustegevuseni jõuti aga pea 20 aastat hiljem, aastal 2007, kui kinnitati nii ITERi lepe kui ka megaprojekti asukoht Prantsusmaal.

Kui 20 aastat tagasi ei pruukinud energiatootliku tuumasünteesi saavutamine kuigi realistlik olla, siis seoses superarvutite, kommunikatsioonivahendite ja muu tehnoloogilise arenguga on see praegu tõenäoselt lähemal kui kunagi varem.

Samas tuleb ka praegu pidevalt rahastuse ja riikliku toe eest seista. Sellest hoolimata ei näita ehitustööd raugemismärke.

Mark Henderson Foto:

FOTO: Eye Steel Film / CC BY 2.0

Projekti ühe juhtivteadlase, kiire jutu ja mõttega ameeriklase Mark Hendersoni sõnul on praegunegi asjade kulg liiga aeglane. Kiitsakas Henderson on üks projekti teaduslikest visionääridest ning nagu õigele visinäärile kohane, on tallegi arusaamatu, miks maailm tuumasünteesi arendamisega rohkem kaasa ei tule.

«Praegune parim realistlik stsenaarium on, et jõuame esimese plasmani aastal 2025, kuigi tõenäoselt tuleb veel tagasilööke ja see lükkub veelgi edasi. Ometigi saaksime palju kiiremini hakkama. Vajalik teadusbaas on olemas, kuid poliitiline tahe muudkui venib. Samas on ITER odavam kui näiteks Kuul maandumine, millega USA üksinda hakkama sai. Meil on aga kuus osalist, kes ei suuda 20 miljardit dollarit kokku panna. On täiesti võimalik, et kogu projekt ebaõnnestub just selle poliitilise inertsi tõttu, kuid süüdlasteks tehakse teadlased,» selgitab Henderson.

Nii tema kui ka mitu teist inimest, kellega ITERi külastuse jooksul räägin, tunnistavad, et projekti keerulisus tekitab tõsiseid pingeid, mis viivad pahatihti loobumismõteteni. Mis neid aga käimas hoiab, on puhta energia eesmärk.

«Selle projektiga võime viia inimkonna uude ajastusse. See kogus energiat, mida siit saada võib, väljub inimese kujutlusvõime piiridest,» ütleb Henderson.

Foto:

FOTO: Fusion 4 Energy

Ehitusplatsil ringi käies ei saa ma jätta giid Julielt küsimata, miks peab Tokamaki hoone olema peegeldavast materjalist. Arvestades kogu ettevõtmise kõrgtehnoloogilist ettevaatlikkust, pean seda esialgu isolatsioonimeetodiks, kuid Julie üllatab mind – peegelpindu on vaja selleks, et hoone võimalikult hästi maastikku sulandada. Nimelt tuleb välja, et enne praegust ehitusmöllu oli siin looduskaitsealune mets, kus elas rohkelt ainulaadseid liike ja kooslusi. Peamiselt sipelgaid, nagu ütleb Julie.

Selle asukoha kasuks rääkisid logistilised ja tehnilised eelised ning ka lähedal asuv tuumasünteesilabor CEA WEST. Ehitusega tehtud kahju hüvitamiseks pidi Prantsusmaa valitsus ostma kokku viis korda sama palju maad ja selle kaitse alla võtma, kõik keskkonnasõbraliku ja puhta tehnoloogia nimel.

Seda enam loodan lahkudes, et ITER suudab tõepoolest puhta tuumaenergia perspektiivikuse ära tõestada. Mitte et siin kunagi laiunud metsadele ja nendes elanud sipelgatele sellest enam mingit kasu oleks.

Tuumasüntees

Võrreldes teiste energiaallikatega liigitub tuumasünteesi-energiajaam samuti tuumaenergeetika alla, kuid erineb oma tööpõhimõttelt radikaalselt tänapäeval kasutuses olevatest jaamadest, kus energia vabanemine saavutatakse suurte ja raskete aatomituumade – peamiselt uraani ja plutooniumi isotoopide – lõhkumisel (inglise keeles nuclear fission).

Tuumasüntees (inglise keeles nuclear fusion) on aga protsess, mille käigus saavutatakse energia vabanemine väikeste ja kergete tuumade liitmisel. Enamasti kasutatakse selleks vesiniku isotoope deuteeriumit (2H) ja triitiumit (3H), mille liitumisel tekib jääkainena heelium. Fusioonenergia eelisteks peetaksegi sama hästi kui ammendamatut «kütust» – vett – ja protsessi ohutust. Nimelt on selle saaduseks kahjutu heelium ja kuna kogu protsessi võib iga hetk seisata, ei ole karta katastroofilist tagajärge. Kuigi tekib küll teatud kogus kiiritatud materjale, on fusioonienergia tõenäoselt üks puhtamaid ja kahtlemata üks tootlikumaid energialiike – ühest liitrist veest või õigemini sellest saadavast vesinikust peaks tuumasünteesi käigus olema võimalik ammutada sama kogus energiat, mis vabaneb 350 liitri bensiini põletamisel.

Kaudselt on kogu energia, mida me kasutame, pärit tuumasünteesist, kuna see on protsess, mis leiab aset muu hulgas ka Päikese südames, kus tähe gravitatsioon kergeid elemente üksteisele piisavalt lähestikku hoiab, et saavutada nende liitumine. Maa peal on selleks aga vaja spetsiaalseid ülikeerukaid masinaid, mida tuntakse ka tuumasünteesi generaatorite nime all.

Tokamak

ITERi keskmeks olev Tokamak on tänapäeval enim kasutatud tuumasünteesi masin, mille nimi on lühend venekeelsest nimetusest тороидальная камера с магнитными катушками. Tegemist on sõõrikukujulise magnetite kompleksiga, mis suudab ülikuumadest vesinikuioonidest plasmat magnetväljas kinni pidada, ilma et see kambriseinu puutuks – ükski olemasoleva materjal ei ole selleks piisavalt kuumakindel.

Magnetite tekitatud toroidne magnetväli on joonisel kujutatud punase noolega, poloidne sinisega.

FOTO: Dave Burke / Wikipedia / CC BY 2.5

Selleks kasutataks kambrit ümbritsevaid ülivõimsaid elektronmagneteid, mis tuleb ülijuhtivuse saavutamiseks omakorda jahutada vaid mõne kraadini üle absoluutse nulli.

Kogu keskkond hoitakse vaakumis, mistõttu ei saa masina ülikuumade ja -külmade osade vahel tekkida soojaülekannet.

Tokamaki leiutasid 1950. aastatel nõukogude füüsikud Igor Tamm ja Andrei Sahharov. Külma sõja ja võidurelvastumise kontekstis sai ajalooliseks hetk, mil Nõukogude juhtkond otsustas, et uus tehnoloogia on niivõrd läbimurdeline, et kutsus ka lääneriikide teadlased sellega tutvuma, luues tollases vaenulikkuse õhkkonnas omalaadse koostöö pretsedendi.

Sellest ajast saati on toimunud selle tehnoloogia vallas meeletu areng ning maailma uurimisinstituutides on üles seatud juba kümneid Tokamakisid. Kui 1984. aastal Oxfordis üles seatud JET Tokamaki võimsus oli ligikaudu 16 megavatti, siis ITERi omal on see juba ligi 500 MW. Seni ei ole aga ükski ülesseatud süsteem suutnud toota rohkem energiat, kui on vaja selle käimas hoidmiseks.

ITER

Maailma ambitsioonikaim teaduskoostöö projekt

Asutatud 2007, esimesed koostöölepped aastast 1985

Hiiglaslik rahvusvaheline teaduskoostöö projekt

Kokku töötab siin üle 5000 inimese üle maailma

Tootlus – 500 MW seitsme minutiga

Käivitamiseks vajalik 50 MW

Plasmamaht 840 m3

Kogukaal 440 000 tonni

Osalised: Euroopa Liit, USA, Hiina, Venemaa, India, Lõuna-Korea.

Kuludest 45 protsenti katab Euroopa, ülejäänud osalistest igaüks ligi 9 protsenti.

Populaarne

Tagasi üles