Ιστορικό ορόσημο για την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη

Ελεγχόμενη αντίδραση σύντηξης παράγει για πρώτη φορά περισσότερη ενέργεια από από όση χρειάστηκε για να πραγματοποιηθεί, φέρνοντας την βιώσιμη ισχύ σύντηξης ακόμα ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίηση.

Ερευνητές ανακοίνωσαν χθες (13 Δεκεμβρίου) ότι υπερέβησαν ένα κρίσιμο όριο – παράγοντας, σε ένα πείραμα σύντηξης, περισσότερη ενέργεια από αυτήν που προσέφεραν για την διεξαγωγή του.

Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι έχουμε ακόμη αρκετό δρόμο μπροστά μας έως ότου η σύντηξη να είναι σε θέση να τροφοδοτεί τα σπίτια μας.

Το πείραμα διεξήχθη στον αντιδραστήρα σύντηξης “National Ignition Facility” (NIF) του “Lawrence Livermore National Laboratory” (LLNL) στην Καλιφόρνια. Ο διευθυντής του LLNL Dr Kim Budil δήλωσε: «Πρόκειται περί ιστορικού επιτεύγματος… τα τελευταία 60 χρόνια χιλιάδες άνθρωποι συνεισέφεραν σε αυτό το εγχείρημα και χρειάστηκε ένα όραμα για να φτάσουμε εδώ».

Τι είναι η πυρηνική σύντηξη;

Η πυρηνική σύντηξη περιγράφεται ως το “ιερό δισκοπότηρο” της παραγωγής ενέργειας. Είναι η διαδικασία που τροφοδοτεί τον Ήλιο και τα άλλα αστέρια.

Στην ουσία, δεν κάνει τίποτε άλλο από το να παίρνει πυρήνες από ελαφρά άτομα και να τους ενώνει μεταξύ τους – αυτή η απλή ένωση, όμως, απελευθερώνει μεγάλα ποσά ενέργειας.

Η σύντηξη αποτελεί το αντίθετο της πυρηνικής σχάσης, κατά την οποία πυρήνες βαρέων ατόμων διασπώνται σε ελαφρύτερους. Τα σημερινά πυρηνικά εργοστάσια λειτουργούν με τεχνολογία σχάσης, αυτή η μέθοδος όμως παράγει πολλά ραδιενεργά απόβλητα, τα οποία εξακολουθούν να εκπέμπουν ακτινοβολία για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα. Είναι επικίνδυνα και η αποθήκευσή τους δημιουργεί αρκετά προβλήματα.

Από την άλλη, η πυρηνική σύντηξη όχι μόνο προσφέρει πολύ περισσότερη ενέργεια, αλλά επιβαρύνει σημαντικά λιγότερο, καθώς παράγει μικρές μόνο ποσότητες βραχύβιων ραδιενεργών αποβλήτων.

Όμως, μια από τις προκλήσεις της σύντηξης είναι το ότι απαιτεί πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Μέχρι σήμερα, κανένα πείραμα δεν είχε καταφέρει να παράξει περισσότερη ενέργεια από αυτήν που κατέβαλε για να λειτουργήσει.

Το πείραμα

Δύο είναι οι βασικές προσεγγίσεις της έρευνας για την πυρηνική σύντηξη: Η μία χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για την συγκράτηση του πλάσματος, ενώ η άλλη χρησιμοποιεί λέιζερ. Ο αντιδραστήρας NIF ακολουθεί την δεύτερη προσέγγιση, γνωστή ως “inertial confinement fusion” (ICF), όπου μια μικροσκοπική κάψουλα, η οποία περιέχει το καύσιμο υδρογόνο, “βομβαρδίζεται” με λέιζερ. Έτσι, στα πειράματα του NIF:

• Ο στόχος είναι μια κάψουλα με μέγεθος κόκκου πιπεριού, η οποία περιέχει μια μικροσκοπική ποσότητα υδρογόνου.
• Στη συνέχεια, για τη θέρμανση και τη συμπίεση του καυσίμου υδρογόνου, χρησιμοποιείται ένα ισχυρό λέιζερ 192 δεσμών.
• Το λέιζερ είναι τόσο ισχυρό που μπορεί να θερμάνει την κάψουλα στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου -θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτήν στο κέντρο του Ήλιου- και να τη συμπιέσει περισσότερο από 100 δισεκατομμύρια φορές συγκριτικά με την ατμόσφαιρα της Γης.
• Κάτω από αυτές τις συνθήκες η κάψουλα υφίσταται ενδόρρηξη, αναγκάζοντας τους πυρήνες του υδρογόνου να συγχωνευτούν και να απελευθερώσουν ενέργεια.

Μέχρι τώρα, όλα τα πειράματα σύντηξης απαιτούσαν μεγαλύτερη δαπάνη ενέργειας από αυτή που παράγουν. Το προηγούμενο ρεκόρ του NIF, τον Αύγουστο του τρέχοντος έτους, αφορούσε παραγωγή ενέργειας ίσης με το 72% της εισροής ενέργειας από τα λέιζερ.

Στο συγκεκριμένο πείραμα της 5ης Δεκεμβρίου, ο αντιδραστήρας NIF παρήγαγε 3,15 megajoules (MJ) ενέργειας, ενώ η ενέργεια εξόδου του λέιζερ ήταν 2,05 megajoules. Προσφέροντας τελικά ενέργεια ίση με το 150% περίπου της αρχικής.

«Είναι το ορόσημο που οι επιστήμονες κυνηγουν εδώ και 70 χρόνια» δηλώνει ο Jeremy Chittenden, καθηγητής φυσικής πλάσματος στο “Imperial College” του Λονδίνου.

Πόσο κοντά είναι ένα μέλλον που τροφοδοτείται από σύντηξη;

Η ποσότητα ενέργειας που παρήχθη σε αυτό το πείραμα είναι ελάχιστη – αρκεί για να ετοιμάσουμε μερικά γεύματα. Όμως αυτό που αντιπροσωπεύει είναι τεράστιο.

Είμαστε ένα βήμα πιο κοντά σε ένα μέλλον, όπου οι ενεργειακές ανάγκες μας θα καλύπτονται από την σύντηξη. Βέβαια, ο δρόμος προς αυτό είναι ακόμα μακρύς.

Αυτό το πείραμα δείχνει ότι η προχωράμε προς την σωστή κατεύθυνση. Προτού, όμως, οι επιστήμονες σκεφτούν καν την μεγαλύτερη κλίμακα, θα πρέπει να επαναληφθεί, να τελειοποιηθεί και -φυσικά- να αυξηθεί σημαντικά η ποσότητα της ενέργειας που παράγει. Το πείραμα κόστισε δισεκατομμύρια δολάρια· η σύντηξη δεν είναι φθηνή. Η υπόσχεση, όμως, για μια πηγή καθαρής ενέργειας αποτελεί σίγουρα ένα μεγάλο κίνητρο για την υπέρβαση αυτών των προκλήσεων.

Τα πειράματα χρησιμεύουν και αλλού

Ο Chittenden δίνει και μία άλλη διάσταση οσον αφορά την χρησιμότητα αυτών των πειραμάτων: τα αποτελέσματα του NIF θα μπορούσαν -πέραν της παροχής ανεκτίμητων δεδομένων για τους μηχανικούς που εργάζονται στα σχέδια των αντιδραστήρων- να οδηγήσουν σε νέες εξελίξεις στη φυσική, καθώς οι αντιδράσεις είναι πιο έντονες και πιο γρήγορες από αυτές του ήλιου μας· πλησιάζουν αυτές που συμβαίνουν στους υπερκαινοφανείς.

«Ποτέ πριν στο εργαστήριο δεν είχαμε πρόσβαση σε τόσο ακραίες πιέσεις, πυκνότητες και θερμοκρασίες», εξηγεί. «Αυτές είναι διαδικασίες που μας επιτρέπουν να μελετήσουμε το τι συμβαίνει στις πιο ακραίες καταστάσεις της ύλης στο σύμπαν».

Πηγές:
https://www.bbc.com/
https://www.newscientist.com/