Heliumplasma hehkui stellaraattorissa joulukuun alussa. Kuva: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Heliumplasma hehkui stellaraattorissa joulukuun alussa. Kuva: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

”Pitkästä aikaa jotakin ihan uutta”, suomalainen fuusioenergian tutkija arvioi.

Saksalaiset tutkijat onnistuivat tuottamaan fuusioplasmaa, kun stellaraattori-tyyppinen reaktori käynnistettiin ensimmäisen kerran joulukuun toisella viikolla. Onnistunut koe on merkittävä askel pitkällä matkalla kohti toimivaa fuusiovoimalaa.

”Koe onnistui ihan kymppiin, toimi juuri niin kuin piti. Pitkästä aikaa jotakin ihan uutta”, innostuu tutkija Taina Kurki-Suonio Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksesta. Kokeesta kertoivat muun muassa BBC ja Max Planck-tutkimuslaitos.

Kokeessa ei käytetty vielä vetyä vaan heliumia. Noin miljoona astetta kuuma plasma pysyi hallinnassa sekunnin kymmenyksen. Greifswaldin Max Planck-tutkimuslaitoksen tutkijat pitivät koetta läpimurtona.

Tällaisten laitteiden koekäyttö aloitetaan aina heliumilla, jotta rakenteet eivät neutronipommituksessa kuumenisi ja vaurioituisi, Kurki-Suonio huomauttaa. Vetyplasman vuoro on vasta ensi vuonna.

Fuusioreaktori kuumentaa vetykaasua plasmaksi, joka on kuumaa kuin Auringossa. Plasma on aineen neljäs olomuoto, jossa elektronit ovat irronneet atomeista. Se koostuu siis varatuista hiukkasista, joita voi pitää kurissa magneeteilla. Mikään materiaali ei kestäisi plasman miljoonien asteiden lämpötilaa, ja siksi plasma täytyy pitää magneeteilla irti fuusiokammion seinämistä.

Stellaraattori on toisenlainen laite kuin tokamak-reaktori, jollaista rakennetetaan esimerkiksi eurooppalaisena yhteistyönä Ranskassa. Stellaraattori keksittiin jo 1950-luvun alussa Yhdysvalloissa. Silloin ei ollut keinoja mallintaa laitteen monimutkaista muotoa kolmiulotteisesti, eikä sopivia magneetteja. Vasta supertietokoneiden tulo 1980-luvulla auttoi mallintamaan stellaraattorin rakenteen.

Tokamakin fuusiokammio on symmetrisen munkkirinkilän muotoinen. Tasaisen rinkilän pituussuuntaisen magneettikentän tekevät ulkopuoliset magneetit. Poikittaisen magneettikentän tekee plasma, jossa kulkee valtava sähkövirta.

Myös stellaraattori käyttää voimakkaita magneetteja pitämään plasman aisoissa. Siinäkin plasma on tavallaan rinkilä. Rinkilä ei kuitenkaan ole kauniin symmetrinen. Siinä on kiertymiä, ja plasman poikkileikkaus vaihtelee, koska magneetit ovat erimuotoisia.

Stellaraattori ohjaa kiertyilevän plasman hakemaan magneettikentästä tavallaan vakaata lepopaikkaa. Sellaista ei löydy, mutta stellaraattorissa plasma pysyy vakaampana kuin tokamakissa, koska siinä ei ole plasmassa samanlaista valtavaa sähkövirtaa.

”Ehkä vielä merkittävämpi koe oli kesällä, jolloin testattiin stellaraattorin magneettiset vuopinnat”, Kurki-Suonio sanoo. Stellaraattori voi toimia yhteen menoon, kun taas tokamak toimii pulsseina.

Greifswaldin stellaraattori on koelaitos, jonka tavoitteena on vain kokeilla fuusioplasman hallintaa. Energiantuotantoon siitä ei ole.

Wendelstein 7-X -stellaraattori käynnistettiin ensimmäiseksi heliumilla hetkeksi. Heliumia tarvittiin vain milligrammoja. Niin vähäinen määrä riitti, vaikka stellaraattorin läpimitta on kuusitoista metriä.

Vajaa vuosikymmen sitten alkanut stellaraattorihanke on maksanut tähän mennessä noin miljardi euroa. Ranskassa rakentava Iter-tokamak on maksanut tähän mennessä kymmenen miljardia euroa. Sen pitäisi käynnistyä ensi vuosikymmenellä.

Kurki-Suonio korostaa, että kumpaakin laitetyyppiä tarvitaan. Ranskaan rakennettavalla Iter-reaktorilla voidaan tutkia plasmoja eri tavalla kuin stellaraattorilla. Ehkä jonkinlainen hybridi voisi olla tulevaisuuden ratkaisu, Kurki-Suonio pohtii, eli laite, jossa yhdistyy kummankin reaktorityypin ominaisuuksia.