Elämme tällä hetkellä maailmassa, joka kamppailee voimakkaiden ilmastonmuutosten kanssa. Niiden pysäyttämiseksi ihmiskunnan on vähennettävä mahdollisimman nopeasti kasvihuonekaasupäästöjä ilmakehään, mikä puolestaan on mahdollista vain luopumalla fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja siirtymällä nollapäästöisiin uusiutuviin energialähteisiin.
Tällä hetkellä teollisuus toteuttaa tätä politiikkaa siirtymällä nopeasti tuuli- ja aurinkoenergiaan. Todellinen läpimurto on kuitenkin hallitun ydinsynteesin hyödyntäminen sähköntuotannossa. Ensimmäisten lämpöydinvoimaloiden rakentamisen myötä ihmiskunta saa käyttöönsä paitsi puhtaan, myös ennen kaikkea käytännössä rajattoman energialähteen. Vaikka tähän tavoitteeseen on vielä pitkä matka, tutkijat ovat juuri ottaneet uuden suuren askeleen tähän suuntaan. Radek Kosajitsky 28.05.2025
Saksalaisen Wendelstein 7-X (W7-X) -laitoksen tutkijat ovat tehneet läpimurron ydinsynteesitutkimuksessa luomalla korkeaenergisiä helium-3-ioneja käyttämällä edistyksellistä plasman lämmitysmenetelmää. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällaisia hiukkasia on saatu kokeellisessa reaktorissa, ns. stellaratorissa. Tämä on tärkeä askel kohti hallittua ydinsynteesiä, joka voi olla tulevaisuuden puhdas energialähde.
Stellarator W7-X, maailman suurin tämän tyyppinen reaktori ja Max Planck -yhdistyksen Alfred Smoczik -plasmafysiikan instituutin lippulaivaprojekti, on kehitetty tutkimaan – nomen omen – ilmiöitä plasmafysiikan alalla, joka on erittäin kuuma ionisoitu kaasu, joka on ydinsynteesin reaktioympäristö. Tutkijoiden päätehtävänä on ylläpitää riittävän korkea plasman lämpötila ydinreaktioiden jatkuvaa kulkua varten. Tulevissa lämpöydinvoimaloissa lämpö pidetään yllä niin kutsutuilla alfa-hiukkasilla – helium-4-ytimillä, jotka syntyvät reaktion tuloksena. Ongelmana on, että kun nämä hiukkaset menettävät energiaa tai poistuvat plasmasta liian nopeasti, fuusioreaktio pysähtyy.
Koska W7-X on kokeellinen reaktori, tutkijat käyttivät helium-3-ioneja alfa-hiukkasten ”simuloijina”. Helium-3-ionit ovat kevyempiä, mutta ne voivat saavuttaa samanlaisia nopeuksia kuin alfa-hiukkaset todellisessa reaktorissa. Tällainen kiihdytys saavutettiin ionisyklotroniresonanssilämmityksen (ICLR) avulla, joka tarkoittaa ionien tarkan energian siirron sähkömagneettisten aaltojen avulla.
Kuinka se toimii? Halutun vaikutuksen saavuttamiseksi energiaa on syötettävä ioneihin oikealla nopeudella ja rytmillä. ICR-kuormituksessa sähkömagneettiset aallot viritetään tietyn ionin syklotronitaajuudelle, eli nopeudelle, jolla kyseinen ioni pyörii magneettikentän linjojen ympäri. Jos synkronointi on täydellinen, ionit absorboivat energian tehokkaasti, saavuttavat korkean energiatilan ja pitävät sen yllä.
ICR:n käyttö helium-3-ionien energianlähteenä stellaattorissa on maailmanlaajuinen ensiesitys. Järjestelmän kehittäminen ja käyttöönotto ovat olleet mahdollisia kansainvälisen yhteistyön ansiosta, joka on toteutettu Euroalueen kolmen osapuolen klusterin (TEC) puitteissa.
Yksi asia on vielä huomionarvoista tässä tutkimuksessa. Tutkijat olettavat, että sama resonanssimekanismi voi selittää mystiset helium-3-pitoiset pilvet, joita on havaittu auringon ilmakehässä. Helium-3-pitoisuus tällaisissa pilvissä on joskus jopa 10 000 kertaa suurempi kuin muualla samassa ilmakehässä. Yksi hypoteesi on, että luonnolliset sähkömagneettiset aallot auringon korona-alueella voivat valikoivasti kiihdyttää helium-3-ioneja – samalla tavalla kuin juuri laboratoriossa on osoitettu.
Kyseessä on kiehtova kokeilu, joka toisaalta voi auttaa meitä luomaan loputtoman energialähteen, joka voi viedä sivilisaatiomme uudelle kehitystasolle, ja toisaalta voi kertoa meille jotain uutta astrofysiikasta ja prosesseista, jotka tapahtuvat Auringossa ja muiden tähtien ilmakehässä.
