Ученые уже многие десятилетия пытаются овладеть энергией Солнца, но источник энергии звезд - ядерный синтез - взять под контроль очень трудно. В то время как современные атомные электростанции вырабатывают энергию за счет распада ядер тяжелых атомов, ядерный синтез представляет собой противоположный процесс. В ходе него объединяются ядра легких атомов. По своей природе ядерный синтез - гораздо более сложный процесс, требующий создания условий, подобных недрам Солнца, пишет магистр физики Тартуского университета Яспер Ристкок.

Для того, чтобы начать термоядерный синтез на Земле, необходимо достичь температуры 100 миллионов градусов. Однако самый жаростойкий из известных до сих пор материалов плавится примерно при температуре 4000°С. Сегодня технологии развились до такой степени, что горящую внутри реактора "звезду" можно удерживать от контакта с его стенками с помощью сверхмощных магнитов.

Всего на сегодняшний день построено около 200 термоядерных реакторов. Однако ни один реактор не произвел такого количества энергии, которое необходимо для начала реакции. Ученые надеются решить эту проблему в ходе текущего международного проекта EUROfusion, предусматривающего строительство на юге Франции нового термоядерного реактора ITER, который, как ожидается, будет производить в десять раз больше энергии, чем потреблять.

Это возможно, поскольку сердце ITER - его реактор - будет самым крупным в истории, а его высота достигнет 30 метров. Чем больше объем реактора, тем легче поддерживать внутри него необходимую для синтеза температуру. С другой стороны, крупная площадь поверхности реактора способствует скорейшему выводу тепла. Однако по мере увеличения размера реактора его объем растет в большей степени, чем площадь его поверхности. Впервые ITER предполагается запустить уже через четыре года.

В качестве топлива в ITER будут использоваться дейтерий и тритий, являющиеся изотопами водорода. При этом есть одна проблема: тритий радиоактивен. Оседающий на стенках реактора тритий опасен для ученых и инженеров. Хотя масса реактора больше, чем у Таллиннской телебашни, проводить его очистку придется даже тогда, когда в нем отложится хотя бы 700 граммов трития. Измерить такое небольшое количество материала в столь агрессивной среде далеко не просто.

Вклад эстонцев в глобальную разработку

Ученый из Института физики Тартуского университета Яспер Ристкок и его коллеги занимаются разработкой метода определения количества радиоактивного материала на стенках реактора. Для этого они применяют лазер, диаметр луча которого можно сравнить с грудной клеткой взрослого человека. Перед этим лазерным лучом не устоит ни один материал. При направлении лазерной вспышки на металлическую пластину генерируется плазма, которая начинает излучать свет, характерный для данного металла. Ученые анализируют этот свет и определяют количество материала стенки реактора и материала, отложившегося на ней. Такой метод лазерного мониторинга называется LIBS (спектроскопия индуцированного лазером пробоя).

Метод LIBS хорошо подходит для ITER, поскольку лазерный луч и генерируемый свет можно направить через окна реактора и его системы связи. При этом проводящие измерения специалисты могут находиться вдали от реактора. Однако применение этого метода не ограничивается новым реактором ITER. Тот же метод использовался, например, для определения качества горючего сланца в Эстонии, и, возможно, в будущем его можно будет применять и в быту, например, для измерения степени прожарки куриного мяса.

Исследования Ристкока на сегодняшний день подтвердили, что можно определить состав материала с помощью LIBS, но этот метод не всегда точен. Неточность связана с хаотическим характером плазмы. Поэтому ученый продолжает изучать свойства плазмы и работать над совершенствованием метода LIBS.

"Если повезет, моя работа в течение следующих четырех лет позволит достичь более высокой точности при определении состава материала методом лазерного мониторинга", - говорит Яспер Ристкок.

По мнению ученого, Эстония участвует в одном из самых передовых проектов в истории человечества, направленном на получение энергии посредством ядерного синтеза. Ристкок называет себя "всего лишь маленьким винтиком в большой машине" проектирования электростанций нового поколения, но не скрывает, что его работа обеспечивает более безопасную среду для будущих сотрудников.