Lūdzu, ņemiet vērā, ka raksts ir vairāk nekā piecus gadus vecs un ir pārvietots uz mūsu arhīvu. Mēs neatjauninām arhīvu saturu, tāpēc var būt nepieciešams meklēt jaunākus avotus.
Latvijas zinātnieki piedalās starptautiskā kodoltermiskā eksperimentālā reaktora (ITER) radīšanā. Mērķis - iegūt nākotnes enerģiju kodolsintēzes procesā, kas nerada siltumnīcefekta gāzes vai noturīgus radioaktīvos atkritumus. Galvenā izejviela - lielos daudzumos sastopamais ūdeņradis un salīdzinoši nedaudz dažādi metāli.
Kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem zinātnieki cenšas atomenerģiju izmantot ne tikai posta darbiem. Aizvien drošāki kļūst kodolreaktori, kuros elektroenerģiju iegūst, dalot, piemēram, smagos urāna atomus. Taču liels mīnuss šim procesam ir radioaktīvais kodoldegvielas atlikums, kura droša apglabāšana rada aizvien lielākas problēmas pasaulē.
Tikpat sen pasaules zinātnieki mēģina enerģiju iegūt kodolsintēzes reakcijas rezultātā, kas notiek, savienojoties diviem viegliem, piemēram, ūdeņraža atomiem, lai izveidotu hēlija atomu. Tieši tāds process notiek Saules iekšienē, kad ūdeņraža atomi saduras un savienojas ārkārtīgi augstās temperatūrās (aptuveni 15 miljoni oC) un milzīgā gravitācijas spiedienā. Ik sekundi tiek "sadedzināti" 600 miljoni tonnu ūdeņraža, pārvēršot to hēlijā.
Top mazā saule Ideja par starptautiskā kodoltermiskā eksperimentālā reaktora (ITER) radīšanu pirmoreiz tika izvirzīta 1985. gadā, bet šobrīd starptautiskajā konsorcijā piedalās Eiropas Savienība, ASV, Japāna, Koreja, Krievija un Ķīna. ITER pārtopot no projekta par īstenību, sagaidāms, ka pievienosies arī citas valstis. Paredzams, ka eksperimenta īstenošanas 35 gadu laikā tas varētu izmaksāt aptuveni 10 miljardus eiro. Eksperimentālais reaktors nodrošinās demonstrācijas bāzi elektroenerģijas ražošanas spēkstacijas celtniecībai. Šis ir izšķirošs nākamais solis, lai sasniegtu mērķi - ražot kodoltermisko enerģiju ar jaudu 500 miljoni vatu (MW) ik desmit minūtēs.
ITER eksperimentā ģenerēs desmit reižu vairāk enerģijas, nekā vajadzīgs ūdeņraža plazmas radīšanai un uzkarsēšanai. Tajā pārbaudīs uzkarsēšanas, kontroles, diagnostikas un tālvadības apkalpošanas sistēmas, kas būs vajadzīgas īstajā spēkstacijā. ITER arī tiks pārbaudītas atkārtotas plazmas uzpildes un piesārņojuma atdalīšanas sistēmas, kā arī tritija iegūšanas tehnoloģija.
Zinātniskās problēmas ir lielas, bet globālā vajadzība pēc šāda tīras un ilgtspējīgas enerģijas avota ir vēl lielāka! ITER reaktors tiks būvēts Kadarašā Dienvidfrancijā, kas jau patlaban ir nozīmīgs Francijas atomenerģijas pētniecības centrs. Ja viss notiks saskaņā ar plānu, pirmā plazma eksperimentālajā reaktorā uzliesmos 2016. gadā.
Kodolsintēzes priekšrocības
Uz Zemes kā degvielu kodolsintēzes reaktoriem izmantos divu veidu (izotopu) ūdeņraža gāzes - deiteriju un tritiju. Katrā litrā ūdens ir aptuveni 33 miligrami deiterija. Ja visu vienā litrā ūdens esošo deiteriju kodolsintēzē ar tritiju sadedzinātu, tas nodrošinātu enerģiju, kas ekvivalenta 340 litriem benzīna!
Tritijs uz Zemes sastopams ļoti nelielos daudzumos, tāpēc kodoltermiskajā reaktorā tas tiks ražots no litija: viegla un dabā izplatīta. Savienojoties deiterija un tritija kodoliem, rodas hēlija atoma kodols un izdalās neitrons, kura enerģija sadursmēs ar citu atomu kodoliem tad arī tiek pārvērsta siltumā un tālāk elektriskajā enerģijā. Neitrons reakcijā ar litiju dod jaunu tritija atomu, ko izmanto kodolsintēzes reakcijas uzturēšanai. Kā litija saturošos materiālus paredzēts izmantot gan cietas keramikas lodītes, gan šķidru metālu - litija un svina sakausējumu, no kuriem radušos tritiju izvada ar dzesējošo hēlija gāzi.
Lai notiktu kodolsintēze, tritijs un deiterijs jāsakarsē līdz 150 miljoniem oC. Tā rezultātā veidojas augstas temperatūras "elektriski lādēta gāze", ko sauc par plazmu. Lai nodrošinātu pastāvīgu kodoltermiskās enerģijas ieguvi, plazma jākontrolē, jākarsē un jāierobežo, izmantojot spēcīgus magnētiskos laukus, kā arī jānodrošina nepārtraukta deiterija un tritija pievadīšana. Un šī posma atsevišķu projektu izstrādē, kā RB informē Latvijas Universitātes Inovāciju centra direktors Māris Ēlerts, piedalās LU Fizikas, Cietvielu fizikas, Ķīmiskās fizikas, kā arī Matemātikas un informātikas institūts. Šie LU institūti kopš 2001. gada ir apvienoti Eiropas Atomenerģijas kopienas (EURATOM) Latvijas Universitātes asociācijā, kuru vada akadēmiķis Andris Šternbergs.
Aizsargās tvertnes sienas LU Fizikas institūts kā EURATOM asociācijas dalībnieks piedalās trīs lielos, ar kodolsintēzes reaktora izveidi saistītos projektos. Uz institūta bāzes nākotnē plānots veidot Latvijas un Francijas sadarbības projektu - Ampēra institūtu, kurš būtu vadošais Eiropā magnetohidrodinamikas jomā un kura ietvaros jau tagad strādā divas ar kodolsintēzes reaktora izbūvi saistītas darba grupas.
Zinātnieku grupai akadēmiķa Oļģerta Lielauša vadībā uzticēts atrast labāko variantu, kā lielajā temperatūrā neļaut saskarties plazmai ar tvertnes sienām. Patlaban viņi mēģina par aizsargu izmantot šķidra gallija strūklu.
Otrs projekts saistīts ar šķidrā litijasvina sakausējuma ilgstošas iedarbības pētīšanu uz kodolsintēzes reaktora konstrukcijas materiāliem. Šāds sakausējums tiks izmantots gan kā siltumnesējs, gan kā tritija atražošanas avots augstās temperatūrās (ap 500 oC), jo starojuma un spēcīga magnētiskā lauka iedarbība var izsaukt konstrukciju koroziju.
Vēl institūtā tiks izveidota praktiska ražotne šāda svinalitija sakausējuma lielu daudzumu iegūšanai. Šādam sakausējumam jābūt ar ļoti precīzu un viendabīgu litija saturu visā masā, ko ar esošo tehnoloģiju ir grūti realizēt.
Fizikas institūts ir pierādījis, ka ar savu izstrādāto tehnoloģiju, magnētiskajā laukā maisot sakausējumu, var iegūt viendabīgāku šo sakausējumu, jo litijs ir ļoti viegls materiāls, bet svins - smags. Tāpēc jārada spēcīgs magnētiskais lauks. Jāpiebilst, ka Fizikas institūta zinātnieki Agris Gailītis, Oļģerts Lielausis un Ēriks Platacis 1999. gadā pirmie pasaulē eksperimentāli pierādīja, kā rodas Zemes magnētiskais lauks.
Kontrolēs plazmu Arī LU Cietvielu fizikas institūts kā asociācijas dalībnieks piedalās trīs EURATOM programmas projektos saistībā ar ITER izstrādi. Akadēmiķa Ivara Tāles laboratorijā tiek izveidota plazmas tīrības kontroles metode, izmantojot spektroskopiskās analīzes tehniku, savukārt akadēmiķa Andra Šternberga vadībā - izstrādāti jauni plazmas temperatūras kontroles detektori. Institūta fiziķi torētiķi veic plazmas noturības aprēķinus.
Mācās atjaunot degvielu LU Ķīmiskās fizikas institūtā akadēmiķa Jura Tīlika vadībā divos EURATOM programmas projektos tiek pētīta tritija izdalīšanās no litiju saturošas keramikas un metāliskā berilija materiāliem. Berilijs kodolsintēzes reaktorā kalpo neitronu plūsmas pastiprināšanai, lai palielinātu tritija atražošanu no litija. Arī šie materiāli darba laikā atrodas spēcīga magnētiskā lauka, augstas temperatūras un intensīvas radiācijas ietekmē. Tiek izstrādātas šo materiālu optimālās struktūras un sastāvi.
Kļūs par ātrajiem aizdedzinātājiem Savukārt LU Matemātikas un informātikas institūtā EURATOM projektu ietvaros profesora Andreja Reinfelda un Oļģerta Dumbrāja vadībā tiek pētīti un optimizēti žirotronu darbības principi. Žirotrons ir mikroviļņi, ar kuru palīdzību tiek sakarsēts deiterijatritija gāzu maisījums plazmas kamerā, lai sāktos kodolsintēzes reakcija.
***
FAKTI Eiropa jau 50 gadus ir kodolsintēzes pētniecības priekšgalā.
Visu Eiropas kodolsintēzes pētniecību koordinē Eiropas Komisija.
Atsevišķu projektu finansējums tiek piešķirts no Eiropas Atomenerģijas kopienas (EURATOM) pētniecības pamatprogrammas un 26 dalībvalstu līdzekļiem, kurās, tāpat kā Latvijā, ir nodibinātas EURATOM asociācijas.