Επιτραπέζια πυρηνική σύντηξη

Πηγή: AP, 28 Απριλίου 2005

Με ένα επιτραπέζιο πείραμα δημιούργησαν πυρηνική σύντηξη -- η οποία θεωρείται ως η πλέον δυνατή λύση καθαρής ενέργειας -- υπό συνθήκες εργαστηρίου, ανέφεραν επιστήμονες.

Αλλά η ποσότητα της ενέργειας που δημιουργήθηκε ήταν πάρα πολύ μικρή για να θεωρηθεί ως μια σημαντική ανακάλυψη για την επίλυση των ενεργειακών αναγκών σε παγκόσμιο επίπεδο.

Για χρόνια, οι επιστήμονες έχουν επιδιώξει να εκμεταλλευτούν μια ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη, που είναι η ίδια μορφή ενέργειας που συναντάμε στον ήλιο και τα αστέρια. Το τελευταίο πείραμα στηρίχθηκε σε ένα μικροσκοπικό κρύσταλλο για να παραγάγει ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο.

Ενώ όμως απέτυχε σαν μέθοδος παραγωγής ενέργειας, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να έχει πιθανές χρήσεις στη βιομηχανία εξόρυξης πετρελαίου και την ασφάλεια, λέει ο Seth Putterman, ένας από τους φυσικούς που έκαναν το πείραμα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες (UCLA).  Ο ίδιος είχε κατηγορηθεί για παλαιότερα πειράματά του πάνω σε ψυχρή σύντηξη υδρογόνου.

Η νέα του μέθοδος όμως, που μπορεί να μην χρησιμοποιηθεί για ηλεκτροπαραγωγή, είναι μια αποδεκτή συμβατική τεχνική, καθώς βασίζεται σε τεχνολογίες ήδη διαθέσιμες.

Στο πείραμα του UCLA, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα μικροσκοπικό κρύσταλλο από ταντάλιο και λίθιο, ενός υλικού με πυροηλεκτρικές ιδιότητες, τον οποίο αφού έψυξαν το άφησαν σε θερμοκρασία δωματίου. Έτσι διαπίστωσαν ότι ο κρύσταλλος δημιούργησε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο,

Η διαδικασία ήταν η εξής: τοποθέτησαν τον κρύσταλλο σε ένα θάλαμο κενού γεμάτο με αέριο δευτερίου, μια μορφή υδρογόνου ικανή να προκαλέσει σύντηξη. Κατόπιν οι ερευνητές ενεργοποίησαν τον κρύσταλλο θερμαίνοντας τον. Το προκύπτον ηλεκτρικό πεδίο δημιούργησε ακτίνες ιόντων δευτερίου, με μια ταχύτητα 1% εκείνης του φωτός, που κτύπησαν σε έναν κοντινό στόχο, στον οποίο ενσωματώθηκαν ακόμα περισσότερα ιόντα δευτερίου. Όταν μερικά από τα ιόντα του δευτερίου στις ακτίνες συγκρούστηκαν με τα ιόντα του στόχου, συντήχθηκαν.

Η αντίδραση αυτή εξέπεμψε ένα ισότοπο του ηλίου (το ήλιο 3) μαζί με 1000 νετρόνια ανά δευτερόλεπτο, τυπικά στοιχεία της σύντηξης. Η αντίδραση μπόρεσε να συντηρηθεί για 6 περίπου ώρες.

Το πείραμα, εντούτοις, δεν παρήγαγε περισσότερη ενέργεια από το ποσό που δαπανήθηκε -- ένα επίτευγμα που τότε θα ήταν τεράστια σημαντική ανακάλυψη.

Ο Putterman ανέφερε ότι τα μελλοντικά πειράματα που θα γίνουν, θα εστιαστούν στην βελτίωση της τεχνικής για πιθανές εμπορικές χρήσεις, συμπεριλαμβανομένου και του σχεδιασμού για κινητές γεννήτριες νετρονίων, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση πετρελαίου  σε γεωτρήσεις πετρελαιοπηγών ή για την ανίχνευση των αποσκευών στους αερολιμένες ή για θεραπευτικούς σκοπούς (ακτινοθεραπεία).

Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature.

Και πιο παλιά υπήρχαν ισχυρισμοί για επιτραπέζια πειράματα σύντηξης, αλλά έχουν αντιμετωπιστεί με σκεπτικισμό, ακόμη και με χλευασμό από τους φυσικούς. Το 1989, ο Stanley Pons του Πανεπιστημίου της πολιτείας Utah και π Martin Fleischmann του Σάουθαμπτον στην Αγγλία συγκλόνισαν τον κόσμο όταν ανήγγειλαν ότι είχαν επιτύχει ψυχρή σύντηξη σε θερμοκρασία δωματίου. Η εργασία τους δυσφημήθηκε όταν έγιναν συνεχείς προσπάθειες να αναπαραγάγουν το πείραμα τους άλλοι επιστήμονες και απέτυχαν.

Εμπειρογνώμονες στη σύντηξη σημείωσαν ότι το πείραμα του UCLA ήταν αξιόπιστο επειδή, αντίθετα με την εργασία του 1989, δεν παραβίασε τις βασικές αρχές της φυσικής.

"Δεν υπάρχει καμιά διαμάχη για αυτό το πείραμα επειδή χρησιμοποιούν μια δοκιμασμένη και σωστή μέθοδο", λέει ο David Ruzic, καθηγητής της πυρηνικής και εφαρμοσμένης μηχανικής πλάσματος στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις στην Urbana-Champaign. "Δεν υπάρχει κανένα μυστήριο από την άποψη της φυσικής."

Η ενέργεια από τη σύντηξη θεωρείται ως η τελευταία πηγή ενέργειας και πολύ πιο καθαρή από την καύση των ορυκτών καυσίμων, όπως το κάρβουνο και το πετρέλαιο. Τα ορυκτά καύσιμα αναμένονται να τελειώσουν σύντομα σχετικά, σε περίπου 50 χρόνια.

Στην σύντηξη, ελαφρά άτομα - σαν το υδρογόνο ή το δευτέριο - ενώνονται - με μια διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας - παράγοντας ήλιον και ελευθερώνοντας μεγάλα ποσά ενέργειας.

Η μέθοδος αυτή θεωρείται ευνοϊκή για το περιβάλλον, επειδή δεν δημιουργεί ουσιαστικά καμία ατμοσφαιρική ρύπανση και δεν προκαλεί ραδιενεργή μόλυνση ή μακροπρόθεσμα προβλήματα, όπως ραδιενεργά απόβλητα,  όπως συμβαίνει στις σύγχρονες εγκαταστάσεις πυρηνικής ενέργειας, όπου βαρέα άτομα ουράνιου διασπώνται για να ελευθερώσουν ενέργεια, μια διαδικασία γνωστή ως πυρηνική διάσπαση.

Το πειραματικό εργοστάσιο σύντηξης ITER

Εν τω μεταξύ η Ευρωπαϊκή Ένωση διαμήνυσε σε πέντε διεθνείς εταίρους της ότι αν μέχρι τον Ιούνιο δεν υπάρξει συμφωνία για το πού θα κατασκευαστεί ο Διεθνής Πειραματικός Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας (ITER), θα προχωρήσει μόνη της στην υλοποίηση του μεγαλύτερου διεθνούς κατασκευαστικού έργου, κόστους δέκα δισ. ευρώ.

Ο ITER θα είναι ο πρώτος σταθερός αντιδραστήρας που παράγει ενέργεια από αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης, αντί της πυρηνικής σχάσης. Το εσωτερικό του αντιδραστήρα θα προσομοιώνει τις διαδικασίες που τροφοδοτούν με ενέργεια τον Ήλιο -υπέρθερμο υδρογόνο θα μετατρέπεται σε βαρύτερα στοιχεία με ταυτόχρονη εκπομπή ενέργειας.

Υποψήφιες να φιλοξενήσουν τον ITER είναι η Γαλλία και η Ιαπωνία. Οι ΗΠΑ και η Νότιος Κορέα υποστηρίζουν την ιαπωνική υποψηφιότητα, ενώ η ΕΕ, η Κίνα και η Ρωσία τάσσονται υπέρ της Γαλλίας.

Το πρόγραμμα ITER, το μεγαλύτερο διεθνές κατασκευαστικό έργο μετά τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, αναμένεται να διαρκέσει 30 χρόνια και ίσως οδηγήσει τελικά στην ανάπτυξη ενός πρωτότυπου αντιδραστήρα σύντηξης για εμπορική χρήση.

Στις αντιδράσεις σύντηξης, ως καύσιμο χρησιμοποιούνται ισότοπα υδρογόνου, αντί για ραδιενεργά σχάσιμα υλικά όπως το ουράνιο. Στο εσωτερικό του ITER, το αέριο θα μετατρέπεται σε πλάσμα θερμοκρασίας 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Στη θερμοκρασία αυτή τα άτομα υδρογόνου συντήκονται σε άτομα ήλιου, με ταυτόχρονη απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας.

Ο ITER θα είναι ο πρώτος αντιδραστήρας που μπορεί να διατηρήσει αντιδράσεις σύντηξης για περισσότερο από μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου. Οι σχεδιαστές του ελπίζουν ότι θα παράγει 500 Megawatt ενέργειας σε παλμούς των 400 δευτερολέπτων.