Tartu ülikooli füüsikud aitavad Päikese Maale tuua
Päikese ja teistel tähtede kuumuses ühinevad vesiniku tuumad pidevalt heeliumiks ja vabaneb suur kogus energiat. Maal saavad need reaktsioonid toimuda vesinikupommis või siis tuumasünteesireaktori rangelt kontrollitud keskkonnas. Viimane eesmärk on ihaldusväärne, sest tuumasüntees on ammendamatu ja puhas energiaallikas. Matkida tähtedes toimuvat maises keskkonnas on ülimalt raske. Tuumasünteesi uurivate teadlaste jõupingutused on kenasti kokku võtnud Prantsuse füüsikanobelist Pierre-Gilles de Gennes: "Tahame Päikese karpi panna. Paraku ei tea me veel, kuidas seda karpi teha." Päikest püütakse jäljendada mitmel pool maailmas. ITERi ehitavad Euroopa Liit, Hiina, India, Jaapan, Lõuna-Korea, Venemaa ja USA. Euroopa tuumasünteesiuurijad on omakorda ühinenud EUROFusioni konsortsiumi. 27 riigi tuumasünteesiga tegelevad laborid valmistavad ette ITERi eksperimente. EUROFusioni kuulub ka TÜ füüsika instituudi gaaslahenduslabor, kus arendatakse reaktoriseinte kaugseire tehnoloogiat – laserindutseeritud plasma spektroskoopiat ehk LIBSi. TÜ teadlased katsetavad seda nii koduses laboris kui Hollandis Utrechti lähedal olevatel plasmaseadmetel, mis mõjutavad uuritavaid materjale võimsate plasmavoogudega. Mis on LIBS? Selgitab TÜ füüsika doktorant Kaarel Piip.ITERis plaanitakse energiat toota plasmast, mis koosneb vesiniku rasketest isotoopidest (deuteeriumist ja triitiumist). Kuna ülikuum plasma sulatab kõik materjalid, hoitakse seda magnetväljas hõljumas – plasma lõksustatakse. Kogu plasmat pole siiski võimalik reaktori seintest eemal hoida, osa sellest jõuab reaktorini ja kahjustab seda. Seepärast on vaja reaktori seinte seisukorda pidevalt jälgida. Mõõteriistade ehitamine reaktori sisse pole võimalik kuumuse tõttu. Hiiglasliku seadme avamine ja sulgemine aga võtaks kuid. Õnneks teavad füüsikud, et kui valida õige materjal, suudab valgus selle läbida. LIBS kasutabki valguse omadusi nutikalt ära. Meetodi tööpõhimõte on tegelikult lihtne. Uuritavale objektile fokusseeritakse laser, mis saadab välja sekundi murdosa kestva impuls. Impulsi energia on nii suur, et osa ainet aurustub ja aurustunud aine aatomitelt lüüakse eemale elektrone ja nii muutuvad need laetud osakesteks - ioonideks. Sellist positiivselt laetud aatomite ja nendega sidumata elektronide segu nimetatakse plasmaks. Plasma saab eksisteerida vaid seni kuni aurustunud aine on väga kuum. Jahtumisel haaravad aatomid elektronid uuesti enda külge ja selle käigus vabaneb energia valgusena. Samuti kiirgavad aatomid valgust siis, kui elektronid neis ühelt energiatasemelt teisele üle lähevad. Just seda valgust mõõdetakse LIBS- tehnoloogia rakendamisel. Nimelt on kiiratava valguse spekter (värvus) iga aine jaoks erinev ning selle abil saab uuritava objekti koostise kindlaks teha. ITERis võiks see välja näha nii: läbi seadmes oleva vaatlusakna suunatakse laserimpulss seinale. See aurustab tillukese hulga seinamaterjalist, läbi sama akna mõõdetakse aurustunud aine tekitatud valguse spekter ning selle põhjal määratakse materjali koostis. Aurustunud aine hulk on nii väike, et tekkinud tühimik ei kahjusta seina. ITERi juhtkond on sarnase laserdiagnostika kuulutanud esmatähtsaks teemaks, kuid LIBSi saab kasutada ka palju maisemates tingimustes nii vedelike, gaaside kui tahkete ainete uurimiseks. Meetod on tundlik ning proove pole vaja eriliselt ette valmistada. Laserdiagnostika minilabor on lennutatud ka Marsile. Kulgur Curiosity kasutab seda kivimite koostise määramiseks.
