Ydinfuusiota, lentokoneita ja avaruusjuttuja – fysiikan tiedeleirikoulu Etelä-Ranskassa

Lauttakylän, Mynämäen, Nousiaisten ja Raision lukiot tekivät Uusien teknologioiden tiedeleirikoulun, jossa tutustuttiin ydinenergiaan ITER:ssa, avaruusfysiikkaan Cite de l’espacessa ja lentokoneisiin Airbusilla. Tiedeleirikouluun osallistui 24 opiskelijaa ja 4 opettajaa. Idea tiedeleirikoulusta oli muhinut opettajien päässä jo vuosia. Viimekertaisella yhteisellä CERN-matkalla päätimme, että nyt on tämän tiedeleirikoulun vuoro.

Ensin Olkiluotoon

Tiedeleirikouluun osallistui sekä 2. että 3. vuosikurssin opiskelijoita. Koska halusimme ennen varsinaista tiedeleirikoulumatkaa varmistua opiskelijoiden ydinfission toimintaperiaatteen ymmärtämisestä, teimme vierailun Olkiluotoon. Olkiluodon vierailukeskuksesta voi halutessaan pyytää eri tasoisia esittelijöitä. Luonnollisesti toivoimme ydinfyysikkoa puhujaksi ja näin myös tapahtui. Fyysikko kertoi hyvin perin pohjaisesti ydinfission energiatuotantoprosessista, materiaaleista, reaktiotuotteista, loppusäilytyksestä ja Olkiluoto 3 EPR -reaktorista. Luentojen lisäksi vierailuun kuului matala- ja keskiaktiivisen jätteen loppusijoitusluolastoon ja liittyvään näyttelyyn tutustuminen. Olkiluodon vierailu tarjosi erinomaiset tiedot ydinfissiosta. Kannattaa käydä tutustumassa, jos on mahdollisuus.

Ydinfuusiota Marseillen ympäristössä

Ranskalaiset esittävät ylpeänä, että he tuottavat 76 

Saimme CEA:ssa kattavan läpileikkauksen niin fissio- kuin fuusioreaktorien kehitystyöstä. Vierailimme Jules Horoewitz -reaktorin (JHR) esittelykeskuksessa. Reaktorissa tullaan sen valmistuttua testaamaan polttoainesauvoja korkeassa neutronivirrassa. JHR:n muita tärkeitä tehtäviä on ydinturvallisuuden tutkimuksen kehittäminen ja uusien tutkijoiden kouluttaminen. Esittelykeskuksessa meille kerrottiin myös CEA:n MOLI-tuotannosta. CEA tuottaa 25–50 

Lopuksi pääsimme vierailemaan CEA:n WEST-fuusioreaktorilla (tokamak). Kyseessä on täysin tutkimuskäytössä oleva reaktori, joka auttaa ITER:n tutkijoita fuusioreaktorin suunnittelussa. Wolframilevyillä päällystetyssä reaktorissa 200 MK lämpötilassa olevaa plasmaa ohjataan 3,8 T:n magneettikentillä 10^‑6 Pa paineessa. WEST-reaktorin plasman pysyvyysennätys on tällä hetkellä 6,5 min. Reaktorin lämmityksessä käytetään 14 MeV neutronivirtaa ja 7 MW mikroaaltosäteilyä. Koko reaktori on suojattu 1,5 m betoniseinällä. Meidän onneksemme reaktorissa oli huoltokatko ja pääsimme fyysikon opastuksella näkemään laitteen omin silmin. Kyllä siinä oli jälleen hymy herkässä. Fyysikko esitteli huolellisesti reaktorin eri osia ja niiden toimivuutta.

ITER – Tieteellinen koe

Aamupäivän CEA:lla saadun tietopaketin jälkeen suuntasimme ITER:lle, maailman kalleimmalle tutkimuslaitteelle. ITER:n hintalappu on tällä hetkellä 20 G€. ITER sijaitsee aivan CEA:n vieressä. Jouduimme käymään lounaalla läheisen pikkukylän supermarketissa, kun kummassakaan tutkimuskeskuksessa eivät voineet vierailijat lounastaa. Tulipahan ranskalaiset piirakat ja pateet tutuksi matkaajille.

ITER on Tokamak-tyyppinen fuusioreaktori, jonka suunnittelu aloitettiin jo vuonna 1988. Virallinen allekirjoitus laitoksen toiminnan aloittamiseksi tapahtui 2006. Huomioitavaa on, että ITER on tieteellinen koe, jolla ei ole tarkoitus tuottaa energiaa. Kehittämisessä ovat mukana Kiina, Etelä-Korea, Intia, Japani, USA, Venäjä ja EU.

ITER:ssa on 25 projektista vastaavaa tutkijaa. Heistä Michael Lehnen esitteli meille ITER:a fyysikon näkökulmasta. Reaktorissa on 500 MW terminen energia. 15 MA:n plasmavirtaa ohjataan 18 toroidikäämillä. Ensimmäinen plasma on tarkoitus saada aikaiseksi joulukuussa 2025 ja tämän hetkisen aikataulun mukaan toiminta pitäisi olla käynnissä 2035. Fuusioreaktorin kehityksen ohella tutkimuslaitteen yhtenä tärkeänä tehtävänä on kehittää insinööritaitoa. Rakennuksen massiivisuus, reaktorin materiaalien työstö, tarkkuus ja toimivuus sekä mittauslaitteiden vaatimukset asettavat tutkijat kovalle koetukselle seuraavien kuuden vuoden aikana.

Luennon jälkeen meitä kierrätettiin reaktorityömaalla. Vasta paikan päällä tajuaa, miten isosta hankkeesta on kysymys. Molemmilla vierailuilla pitää olla oma bussi. Kaikkien osallistujien tiedot, myös bussikuskin, pitää olla etukäteen toimitettuna, kuten yleensä tällaisiin laitoksiin vierailuilla on tapana. Sekä CEA että ITER olivat erittäin kiinnostuneita ja myös iloisia Suomesta vierailulle tulleesta lukioporukasta.

Ilmailun historiaa ja A350

Siirryimme Marseillesta Toulouseen junalla Etelä-Ranskan rantarataa pitkin. Välimeren maisemat vuorineen, peltoineen ja viinitarhoineen olivat upeaa katseltavaa. Seuraavat kaksi päivää vierähtivät lentokoneiden ja avaruusfysiikan parissa. Olimme varanneet Airbusin tehtailta Manatour-yritykseltä opastetun A350-kierroksen. Kierros oli myöhään iltapäivällä, mutta lähdimme liikkeelle jo aikaisin aamupäivällä, koska Airbusin tehtailla oli myös ilmailumuseo.

Museossa esiteltiin lentämisen historiaa. Eurooppalaisittain tarkasteltuna oli omatekoisia siipikojeita, kuumailma- ja vetypallojen ilmailua ja lentokoneiden kehittymistä. Historiaosuus oli erittäin kattava, jopa niin kattava, että kaikkia ei ehtinyt käydä läpi. Paikalla kannattaa siis olla heti museon avauduttua, eikä vasta puolilta päivin. Pääsimme tutustumaan Concorden ja Airbusin ensimmäisen ison suihkukoneen A300:n sisälle. Näyttelyssä oli koneita 1900-luvun alusta tälle vuosituhannelle. Opiskelijat viihtyivät lentosimulaattorissa ja yksi Raision opiskelijoista osoittautui lähes ammattilentäjäksi. Me opettajat olimme ihmeissämme, miten nuorilla oli niin paljon tietoa lentämisestä ja koneista. Yhdeksi selittäväksi tekijäksi paljastuivat lentokonesimulaatiopelit.

Jos CEA ja ITER häikäisivät kokoluokillaan, niin Airbus veti jalat alta. Airbus on oma 27 000 ihmisen kaupunki Toulousen kaupungin sisällä. Tutkimuskeskuksessa työskentelee 2 500 insinööriä, joista 500 suunnittelee uusia koneita. Kaiken kaikkiaan Airbus työllistää 700 000 työntekijää. Uuden lentokoneperheen suunnitteluun kuluu noin 15 vuotta. Pääsimme tutustumaan Airbusin kaupunkiin A350-kierroksella. Ranska, Iso-Britannia, Saksa ja Espanja perustivat Airbusin 1969. Yhtiön bestseller on ollut A320.

Nykyisen A350-koneen osia valmistetaan kaikissa edellä mainituissa maissa. Se koostuu seitsemästä eri osasta. Siivet tehdään Saksassa, rungon osia Saksassa ja Ranskassa, ohjaamo, siivet ja moottori Ranskassa, pystysiivet Iso-Britanniassa ja perä Espanjassa. Airbus joutui suunnittelemaan oman Beluga-kuljetuskoneen osien kuljettamiseksi eri tehtailta Toulouseen. Niin opiskelijat kuin opettajatkin olivat ihmeissään tehtaan kokoluokasta ja yrityksen toiminnan suuruudesta. Tällaista ei valitettavasti voi kokea Suomessa. Toisaalta moni mietti, voisiko tulevaisuudessa päästä työskentelemään kansainväliseen jättiyritykseen.

Aurinkokuntaa ja satelliitteja

Tiedeleirikoulun viimeinen kohde oli avaruusfysiikan tiedekeskus Cite de l’espace. Tiedekeskus on usean hehtaarin kokoinen alue, jonka ulkoilmanäyttelyssä voi tutustua erilaisiin satelliitteihin, luotaimiin, MIR-avaruusasema, Ariane 5 -kantorakettiin, aurinkokunnan rakenteeseen, aurinkokelloihin. Lisäksi alueella on iso planetaario ja iMAX-teatteri sekä neljäkerroksinen tiedekeskusrakennus.

Tiedekeskusrakennuksessa oli laaja näyttely Kuusta ja Kuun tutkimisesta. Tarjolla oli paljon teoriatietoa ja toiminnallisia laitteita, kuten laite, jolla pystyi tutkimaan muun muassa, kuinka pitkä viive on puheessa maapallon ja Kuun välillä. Tiedekeskusrakennuksessa oli myös satelliitteihin liittyvä näyttely ja luentosali, jossa esitettiin avaruuteen liittyviä demonstraatioita. Kaiken kaikkiaan tiedekeskus on erittäin hyvin toteutettu ja sopii kaiken ikäisille oppilaille aina alakoulusta korkeakouluun.

Tiedeleirikoulun antia

Matka tarjoili paljon lisätietoa sekä opiskelijoille että opettajille. Vaikka vierailukohdepäivät olivat yli kahdeksan tunnin mittaisia, säilyi opiskelijoilla kiinnostus. Virtaa riitti vielä iltojen yhdessäoloon, mikä onkin osittain tällaisten matkojen suola. Kun saman henkistä porukkaa on yhdessä, kumpuaa heiltä mitä mielenkiintoisimpia keskustelun aiheita luonnontieteistä ja tällä kerralla etenkin fysiikasta. Ryhmähenki koko porukalla oli erittäin hyvä.

Käydyt vierailukohteet lähestyivät fysiikkaa eri näkökulmista. ITER ja CEA tarjoilivat teoreettista tietoa enemmän teoriasta kiinnostuneille oppilaille. Airbus taas oli erinomainen vierailukohde insinööritieteisiin suuntautuville ja Cite de l’espace yleissivisti matkaajia avaruusteemalla.

Onneksemme saimme erittäin hyviä luennoitsijoita ja oppaita kaikissa vierailukohteissa. Lisäksi opiskelijat kiittelivät erityisesti maailmaa avartavasta matkasta. He hämmästelivät, miten erilaisia tutkimuskohteita on näinkin lähellä Suomea. Moni sai ajatuksen opiskelijavaihdosta jatko-opintojen parissa. Kaikki me olimme samaa mieltä siitä, että ranskaa pitää opetella edes vähän. Niin, taisimme olla ensimmäinen suomalaisopiskelijaporukka, joka kävi ITER:ssa. Kaikissa vierailukohteissa suomalaisryhmä otettiin mielellään vastaan ja toivotettiin tervetulleeksi uudelleen. Jos jotain olisi voinut koko hankkeeseen lisätä, niin olisimme voineet tehdä ennen matkaa vierailun esim. Aaltoon satelliittien pariin.

Toivottavasti artikkeli innosti opettajia kokeilemaan tällaisten monen lukion yhteisten tiedeleirikoulujen järjestämistä. Jos joku haluaa lähteä toteuttamaan vastaavaa tiedeleirikoulua ja haluaa saada vinkkejä ja kuulla lisää kokemuksista, niin voi ottaa yhteyttä Kalle Vähä-Heikkilään.