«Καθαρή» ενέργεια μέσω πυρηνικής σύντηξης. Fusion energy: NIF experiments show initial gain in fusion fuel

Στο τελευταίο πείραμα οι ερευνητές κατάφεραν να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από εκείνη που χρησιμοποίησαν. A metallic case called a hohlraum holds the fuel capsule for NIF experiments. Target handling systems precisely position the target and freeze it to cryogenic temperatures (18 kelvins, or -427 degrees Fahrenheit) so that a fusion reaction is more easily achieved. Credit: Eduard Dewald/LLNL

Αποτελεί διαχρονικό όνειρο της επιστήμης, και όχι μόνο… Η παραγωγή απεριόριστης καθαρής ενέργειας θα φέρει επανάσταση στον ανθρώπινο πολιτισμό και πολλοί επιστήμονες έχουν αφιερώσει τη ζωή τους σε αυτή την προσπάθεια. Επίκεντρο της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι η εγκατάσταση NIF στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στις ΗΠΑ. Εκεί πραγματοποιούνται σχετικά πειράματα με τη χρήση πανίσχυρων λέιζερ. Στο τελευταίο πείραμα για πρώτη φορά οι ερευνητές κατάφεραν να περάσουν το λεγόμενο «κρίσιμο ορόσημο», δηλαδή να παραγάγουν περισσότερη ενέργεια από όση χρησιμοποίησαν για να πυροδοτήσουν την πυρηνική αντίδραση.

Η σύντηξη

This artist's rendering shows a NIF target pellet (the white ball) inside a hohlraum capsule with laser beams entering through openings on either end. The beams compress and heat the target to the necessary conditions for nuclear fusion to occur.

Η σύντηξη είναι η μέθοδος με την οποία ο Ήλιος παράγει την ενέργειά του και η επίτευξή της με τεχνικά μέσα αποτελεί το όνειρο των επιστημόνων εδώ και δεκαετίες αφού θα επιτρέψει την παραγωγή απεριόριστης και «καθαρής» ενέργειας. Έτσι η ανθρωπότητα θα μπορεί (θεωρητικά) να υπερκαλύπτει τις ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές της ανάγκες με εξαιρετικά χαμηλό κόστος και χωρίς να επιβαρύνεται το περιβάλλον.

Η εγκατάσταση

A NIF technician checks the target positioner, which precisely centers the target inside the target chamber before each experiment, and serves as a reference to align the laser beams.

Το NIF (National Ignition Facility) έχει μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου και αποτελείται από 192 ξεχωριστές ακτίνες λέιζερ, η κάθε μια από τις οποίες ταξιδεύει με ταχύτητα περίπου 300 μέτρων σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, για να συγκλίνουν όλες ταυτόχρονα στον στόχο, δημιουργώντας θερμοκρασίες και πιέσεις που μόνο στους πυρήνες των άστρων υπάρχουν.

Τα πειράματα

Cryogenic target positioner with target. Credit: Dr. Eddie Dewald (LLNL and member of high-foot team)

Οι ερευνητές στο NIF πραγματοποιούν πειράματα στα οποία κάθε φορά στοχεύουν μικροσκοπικές κάψουλες που συνήθως περιέχουν υδρογόνο με τις 192 δέσμες λέιζερ. Η ιδέα πίσω από αυτά τα πειράματα είναι ότι η ακαριαία θέρμανση και συμπίεση του «στόχου» θα υποχρεώσει τα άτομα υδρογόνου να ενωθούν και να σχηματίσουν άτομα ηλίου, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Με απλά λόγια προσπαθούν να πραγματοποιήσουν με τεχνικά μέσα πυρηνική σύντηξη. Μέχρι σήμερα οι ερευνητές του NIF δεν είχαν καταφέρει να απελευθερώσουν σε κάποιο πείραμα περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχαν χρησιμοποιήσει.

Η πρώτη επιτυχία

Οι επιτελείς του NIF ανακοίνωσαν ότι πραγματοποίησαν ένα νέο πείραμα στο οποίο τα λέιζερ στόχευσαν μια κάψουλα που περιείχε δύο ισότοπα υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο) που είχαν εξαχθεί από νερό. Τα ισότοπα για χρονικό διάστημα μικρότερο του ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου πιέστηκαν… αφόρητα ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία που βίωσαν ήταν τρομερή. Σύμφωνα με τους ερευνητές οι συνθήκες αυτές είχαν ως αποτέλεσμα να παραχθεί περισσότερη ενέργεια από εκείνη που είχε χρησιμοποιηθεί.

«Είναι ένα σημαντικό βήμα στην έρευνα της σύντηξης. Είναι όμως ακόμη πολύ μακρύς ο δρόμος για την επίτευξη του τελικού στόχου» δήλωσε ο Ομάρ Χαρικέιν στέλεχος του Lawrence Livermore. Τελικός στόχος είναι η δυνατότητα «αυτοσυντήρησης» της σύντηξης που θα επιτρέψει την βιομηχανική της εκμετάλλευση για παραγωγή ανεξάντλητης καθαρής ενέργειας. Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύονται στην επιθεώρηση «Nature».

Η δεύτερη ελπίδα

Μια ακόμη σημαντική προσπάθεια για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης και την παραγωγή ανεξάντλητης, καθαρής ενέργειας είναι αυτή που υλοποιείται στον Διεθνή Πειραματικό Θερμοπυρηνικό Αντιδραστήρα (ITER), ο οποίος κατασκευάζεται στο Κανταράς της Γαλλίας. Στον κεντρικό αντιδραστήρα του ITER, μαγνητικά πεδία θα συγκρατούν μετέωρη και παγιδευμένη μια ποσότητα υδρογόνου σε ακραίες καταστάσεις θερμοκρασίας και πίεσης, αρκετής για να διατηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης. Τα μαγνητικά πεδία είναι σήμερα η μόνη τεχνολογία που μπορεί να κρατήσει το υπέρθερμο αέριο μακριά από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα.