Ίσως να μοιάζει με ακόμα μία μοντέρνα κατασκευή, αλλά πίσω από τις κλειστές πόρτες της βρίσκεται η απάντηση για την ασφαλή ανανεώσιμη ενέργεια του μέλλοντος. Πρόκειται για την Εθνική Εγκατάσταση Πυροδότησης (NIF) στο Λίβερμορ της Καλιφόρνια. Σκοπός των επιστημόνων είναι να κατασκευάσουν τον πρώτο αντιδραστήρα σταθερούς σύντηξης στον κόσμο, «δημιουργώντας ένα αστέρι-μινιατούρα στη Γη».
Μετά από μία σειρά σημαντικών πειραμάτων τις τελευταίες εβδομάδες, το πρόγραμμα αξίας 2,5 δις ευρώ πλησίασε ακόμα περισσότερο στο στόχο της πυροδότησης μιας εφικτής αντίδρασης σύντηξης μέχρι το 2012. Σύμφωνα με την ομάδα του NIF, στις 2 Νοεμβρίου πυροδότησαν 192 ακτίνες λέιζερ στο κέντρο ενός αντιδραστήρα και της εστίασαν σε έναν γυάλινο στόχο που περιείχε αέριο τριτίου και δευτερίου (βαρύ υδρογόνο). Η προκύπτουσα έκκληση ενέργειας είχε μέγεθος 1,3 εκατομμύρια mega joules, και απετέλεσε παγκόσμιο ρεκόρ, ενώ η μέγιστη τιμή της θερμοκρασίας ακτινοβολίας στον πυρήνα ξεπέρασε τους 3 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος της θερμοκρασίας, αξίζει να αναφέρουμε πως στο κέντρο του Ήλιου η θερμοκρασία φτάνει τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Εντούτοις, το πρόσφατο πείραμα δεν ήταν «ζωντανό», επομένως δεν υπήρξε αντίδραση σύντηξης, παρόλο που οι επιστήμονες του NIF είναι πολύ αισιόδοξοι για το μέλλον. «Τα αποτελέσματα όλων αυτών των πειραμάτων είναι άκρως ενθαρρυντικά,» δήλωσε ο διευθυντής του NIF, Ed Moses. «Μας γέμισαν με αισιοδοξία ότι θα καταφέρουμε να πετύχουμε τις κατάλληλες συνθήκες πυροδότησης σε στόχους δευτερίου-τριτίου». Οι ερευνητές εργάζονται προς αυτή την κατεύθυνση από το 1997, από τότε δηλαδή που ξεκίνησε η κατασκευή του NIF. Εάν τελικά η συνεχής σύντηξη γίνει πραγματικότητα μέσα στα επόμενα δύο χρόνια, οι συνέπειες για τον πλανήτη θα είναι εκπληκτικές. Στελέχη του NIF εκτιμούν πως μέχρι το 2020 θα μπορούσε να είναι λειτουργική μία πρωτότυπη μονάδα παραγωγής ενέργειας του αντιδραστήρα σύντηξης, ενώ μέχρι το 2050 σχεδόν το ένα τέταρτο της ενέργειας των ΗΠΑ θα μπορεί να παρέχεται από την ενέργεια σύντηξης. Το NIF είναι επινόηση της Υπηρεσίας Ενέργειας της Εθνικής Διοίκησης Πυρηνικής Ασφάλειας (NNSA) των ΗΠΑ και πρόκειται για τη μεγαλύτερη επιστημονική κατασκευή λέιζερ στον κόσμο.
Εκεί μέσα, σε έναν θάλαμο 130 τόνων, τα νετρόνια που πυροδοτούνται από 192 λέιζερ προκαλούν την αντίδραση σύντηξης. Οι τρύπες στο θάλαμο, που έχει διάμετρο 10 μέτρα και είναι καλυμμένος από τσιμέντο 30 εκατοστών, επιτρέπουν στις 192 ακτίνες λέιζερ να εισέλθουν στο θάλαμο. Η διαδικασία είναι γνωστή ως αδρανειακός περιορισμός σύντηξης (ICF) και όταν ο αντιδραστήρας τεθεί τελικά σε λειτουργία θα παράγει πρωτόγνωρες θερμοκρασίες και πιέσεις στα υλικά-στόχους, τα οποία θα βρίσκονται μέσα σε μία μικροσκοπική γυάλινη μπάλα. Οι θερμοκρασίες μέσα στο θάλαμο θα ξεπερνούν τους 100 εκατομμύρια βαθμούς και θα δημιουργούν πιέσεις 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από την ατμοσφαιρική πίεση της Γης. Οι συνθήκες αυτές πλησιάζουν κατά πολύ εκείνες των άστρων, των πυρήνων γιγάντιων πλανητών.
Το NIF, που στεγάζεται σε ένα 10όροφο κτίριο, στο μέγεθος 3 γηπέδων ποδοσφαίρου, ήταν για πολύ καιρό το όνειρο των ερευνητών ενέργειας, όχι μόνο στην Αμερική αλλά σε ολόκληρο τον κόσμο. «Η ιδέα για τη δημιουργία του NIF προέκυψε από μία προσπάθεια δεκαετιών για την παραγωγή σύντηξης σε εργαστήριο,» όπως αναφέρει χαρακτηριστικά ο εκπρόσωπος του NIF.
Οι υπάρχουσες μονάδες πυρηνικής ενέργειας, που χρησιμοποιούν διάσπαση των ατόμων για να παράγουν ενέργεια, αντλούν ηλεκτρική ενέργεια πάνω από 50 χρόνια.
Η επίτευξη όμως πυρηνικής σύντηξης δεν έχει αποδειχθεί ακόμα βιώσιμη για την παραγωγή ενέργειας. Για να υπάρξει σύντηξη, θα πρέπει πρώτα να «αναφλεγεί» ένα ειδικό καύσιμο, το οποίο θα αποτελείται από τα ισότοπα δευτέριο και τρίτιο. Τη δεκαετία του '70, επιστήμονες ξεκίνησαν να πειραματίζονται με ισχυρές ακτίνες λέιζερ για να συμπιέσουν και να θερμάνουν τα ισότοπα μέχρι το σημείο σύντηξης, μία τεχνική που ονομάζεται αδρανειακός περιορισμός σύντηξης ή ICF. Η ταχεία θέρμανση που προκαλείται από τις ακτίνες κάνει το εξωτερικό στρώμα του στόχου να εκραγεί.
Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα (για κάθε δράση υπάρχει και μία αντίστοιχη αντίδραση), το εναπομένον τμήμα του στόχου οδηγείται προς τα μέσα σε μία σύνθλιψη, προκαλώντας συμπίεση στο καύσιμο που βρίσκεται εντός της κάψουλας και σχηματίζεται ένα κρουστικό κύμα, το οποίο με τη σειρά του θερμαίνει το καύσιμο ακριβώς στο κέντρο, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί ανάφλεξη.
Το NIF θα είναι το πρώτο λέιζερ στο οποίο η ενέργεια που θα εκκληθεί από την σύντηξη του καυσίμου θα ξεπεράσει την ενέργεια του λέιζερ που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή της αντίδρασης σύντηξης.
Το Κέντρο Ελέγχου του NIF έχει σχεδιαστεί βάσει του Κέντρου Ελέγχου της NASA στο Χιούστον και αποτελεί ένα από τα πιο πολύπλοκα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου που έχουν σχεδιαστεί ποτέ.
Διαθέτει 850 υπολογιστές για την ευθυγράμμιση των ακτινών λέιζερ μέσα σε 50 μικρά (1μm=1εκατομμυριοστό του μέτρου).
Αντίθετα με την ατομική διάσπαση, που χρησιμοποιείται στα πυρηνικά εργοστάσια και έχει προκαλέσει ατυχήματα όπως αυτό στο Τσέρνομπιλ το 1986, η σύντηξη είναι απόλυτα ασφαλής και σχετικά οικολογική.
Παρόλο που αποτελεί μία πυρηνική διαδικασία, διαφέρει από τη διάσπαση καθώς δεν υπάρχουν ραδιενεργά παρα-προϊόντα μετά τη σύντηξη, παρά μόνο αέριο ήλιο και ένα νετρόνιο.
Η ενέργεια από τη σύντηξη είναι πολλά υποσχόμενη ως μια μακροχρόνια μελλοντική πηγή ενέργειας, καθώς τα καύσιμα που απαιτούνται για την παραγωγής της είναι σε σχετική αφθονία στη Γη και η δημιουργία ενέργειας είναι ασφαλής και φιλική προς το περιβάλλον.
Το δευτέριο αποσπάται από το θαλασσινό νερό και το τρίτιο προέρχεται από το λίθιο, ένα κοινό στοιχείο του εδάφους.
Τέσσερα λίτρα θαλασσινού νερού μπορεί να παράγει ενέργεια αντίστοιχη 1135 λίτρων πετρελαίου, ενώ τα καύσιμα από 50 ποτήρια νερό περιέχουν ενέργεια που αντιστοιχεί σε 2 τόνους άνθρακα.
Μία μονάδα σύντηξης δεν παράγει άνθρακα, ενώ τα ποσοστά ραδιενεργών παρα-προϊόντων είναι εξαιρετικά χαμηλότερα από αυτά που παράγουν τα υπάρχοντα πυρηνικά εργοστάσια.
Επιπλέον, δεν υπάρχει κίνδυνος διαρροής ή τήξης του πυρήνα. Συνεπώς, η ενέργεια από τη σύντηξη θα είναι ωφέλιμη τόσο για το περιβάλλον όσο και για την οικονομία.
Το NIF είναι το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, ενώ χρειάζεται περαιτέρω έρευνα και τεχνολογική ανάπτυξη για να επιτευχθεί ο επιδιωκόμενος στόχος.
Daily Mail
Μετά από μία σειρά σημαντικών πειραμάτων τις τελευταίες εβδομάδες, το πρόγραμμα αξίας 2,5 δις ευρώ πλησίασε ακόμα περισσότερο στο στόχο της πυροδότησης μιας εφικτής αντίδρασης σύντηξης μέχρι το 2012. Σύμφωνα με την ομάδα του NIF, στις 2 Νοεμβρίου πυροδότησαν 192 ακτίνες λέιζερ στο κέντρο ενός αντιδραστήρα και της εστίασαν σε έναν γυάλινο στόχο που περιείχε αέριο τριτίου και δευτερίου (βαρύ υδρογόνο). Η προκύπτουσα έκκληση ενέργειας είχε μέγεθος 1,3 εκατομμύρια mega joules, και απετέλεσε παγκόσμιο ρεκόρ, ενώ η μέγιστη τιμή της θερμοκρασίας ακτινοβολίας στον πυρήνα ξεπέρασε τους 3 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος της θερμοκρασίας, αξίζει να αναφέρουμε πως στο κέντρο του Ήλιου η θερμοκρασία φτάνει τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Εντούτοις, το πρόσφατο πείραμα δεν ήταν «ζωντανό», επομένως δεν υπήρξε αντίδραση σύντηξης, παρόλο που οι επιστήμονες του NIF είναι πολύ αισιόδοξοι για το μέλλον. «Τα αποτελέσματα όλων αυτών των πειραμάτων είναι άκρως ενθαρρυντικά,» δήλωσε ο διευθυντής του NIF, Ed Moses. «Μας γέμισαν με αισιοδοξία ότι θα καταφέρουμε να πετύχουμε τις κατάλληλες συνθήκες πυροδότησης σε στόχους δευτερίου-τριτίου». Οι ερευνητές εργάζονται προς αυτή την κατεύθυνση από το 1997, από τότε δηλαδή που ξεκίνησε η κατασκευή του NIF. Εάν τελικά η συνεχής σύντηξη γίνει πραγματικότητα μέσα στα επόμενα δύο χρόνια, οι συνέπειες για τον πλανήτη θα είναι εκπληκτικές. Στελέχη του NIF εκτιμούν πως μέχρι το 2020 θα μπορούσε να είναι λειτουργική μία πρωτότυπη μονάδα παραγωγής ενέργειας του αντιδραστήρα σύντηξης, ενώ μέχρι το 2050 σχεδόν το ένα τέταρτο της ενέργειας των ΗΠΑ θα μπορεί να παρέχεται από την ενέργεια σύντηξης. Το NIF είναι επινόηση της Υπηρεσίας Ενέργειας της Εθνικής Διοίκησης Πυρηνικής Ασφάλειας (NNSA) των ΗΠΑ και πρόκειται για τη μεγαλύτερη επιστημονική κατασκευή λέιζερ στον κόσμο.
Εκεί μέσα, σε έναν θάλαμο 130 τόνων, τα νετρόνια που πυροδοτούνται από 192 λέιζερ προκαλούν την αντίδραση σύντηξης. Οι τρύπες στο θάλαμο, που έχει διάμετρο 10 μέτρα και είναι καλυμμένος από τσιμέντο 30 εκατοστών, επιτρέπουν στις 192 ακτίνες λέιζερ να εισέλθουν στο θάλαμο. Η διαδικασία είναι γνωστή ως αδρανειακός περιορισμός σύντηξης (ICF) και όταν ο αντιδραστήρας τεθεί τελικά σε λειτουργία θα παράγει πρωτόγνωρες θερμοκρασίες και πιέσεις στα υλικά-στόχους, τα οποία θα βρίσκονται μέσα σε μία μικροσκοπική γυάλινη μπάλα. Οι θερμοκρασίες μέσα στο θάλαμο θα ξεπερνούν τους 100 εκατομμύρια βαθμούς και θα δημιουργούν πιέσεις 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από την ατμοσφαιρική πίεση της Γης. Οι συνθήκες αυτές πλησιάζουν κατά πολύ εκείνες των άστρων, των πυρήνων γιγάντιων πλανητών.
Το NIF, που στεγάζεται σε ένα 10όροφο κτίριο, στο μέγεθος 3 γηπέδων ποδοσφαίρου, ήταν για πολύ καιρό το όνειρο των ερευνητών ενέργειας, όχι μόνο στην Αμερική αλλά σε ολόκληρο τον κόσμο. «Η ιδέα για τη δημιουργία του NIF προέκυψε από μία προσπάθεια δεκαετιών για την παραγωγή σύντηξης σε εργαστήριο,» όπως αναφέρει χαρακτηριστικά ο εκπρόσωπος του NIF.
Οι υπάρχουσες μονάδες πυρηνικής ενέργειας, που χρησιμοποιούν διάσπαση των ατόμων για να παράγουν ενέργεια, αντλούν ηλεκτρική ενέργεια πάνω από 50 χρόνια.
Η επίτευξη όμως πυρηνικής σύντηξης δεν έχει αποδειχθεί ακόμα βιώσιμη για την παραγωγή ενέργειας. Για να υπάρξει σύντηξη, θα πρέπει πρώτα να «αναφλεγεί» ένα ειδικό καύσιμο, το οποίο θα αποτελείται από τα ισότοπα δευτέριο και τρίτιο. Τη δεκαετία του '70, επιστήμονες ξεκίνησαν να πειραματίζονται με ισχυρές ακτίνες λέιζερ για να συμπιέσουν και να θερμάνουν τα ισότοπα μέχρι το σημείο σύντηξης, μία τεχνική που ονομάζεται αδρανειακός περιορισμός σύντηξης ή ICF. Η ταχεία θέρμανση που προκαλείται από τις ακτίνες κάνει το εξωτερικό στρώμα του στόχου να εκραγεί.
Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα (για κάθε δράση υπάρχει και μία αντίστοιχη αντίδραση), το εναπομένον τμήμα του στόχου οδηγείται προς τα μέσα σε μία σύνθλιψη, προκαλώντας συμπίεση στο καύσιμο που βρίσκεται εντός της κάψουλας και σχηματίζεται ένα κρουστικό κύμα, το οποίο με τη σειρά του θερμαίνει το καύσιμο ακριβώς στο κέντρο, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί ανάφλεξη.
Το NIF θα είναι το πρώτο λέιζερ στο οποίο η ενέργεια που θα εκκληθεί από την σύντηξη του καυσίμου θα ξεπεράσει την ενέργεια του λέιζερ που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή της αντίδρασης σύντηξης.
Το Κέντρο Ελέγχου του NIF έχει σχεδιαστεί βάσει του Κέντρου Ελέγχου της NASA στο Χιούστον και αποτελεί ένα από τα πιο πολύπλοκα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου που έχουν σχεδιαστεί ποτέ.
Διαθέτει 850 υπολογιστές για την ευθυγράμμιση των ακτινών λέιζερ μέσα σε 50 μικρά (1μm=1εκατομμυριοστό του μέτρου).
Αντίθετα με την ατομική διάσπαση, που χρησιμοποιείται στα πυρηνικά εργοστάσια και έχει προκαλέσει ατυχήματα όπως αυτό στο Τσέρνομπιλ το 1986, η σύντηξη είναι απόλυτα ασφαλής και σχετικά οικολογική.
Παρόλο που αποτελεί μία πυρηνική διαδικασία, διαφέρει από τη διάσπαση καθώς δεν υπάρχουν ραδιενεργά παρα-προϊόντα μετά τη σύντηξη, παρά μόνο αέριο ήλιο και ένα νετρόνιο.
Η ενέργεια από τη σύντηξη είναι πολλά υποσχόμενη ως μια μακροχρόνια μελλοντική πηγή ενέργειας, καθώς τα καύσιμα που απαιτούνται για την παραγωγής της είναι σε σχετική αφθονία στη Γη και η δημιουργία ενέργειας είναι ασφαλής και φιλική προς το περιβάλλον.
Το δευτέριο αποσπάται από το θαλασσινό νερό και το τρίτιο προέρχεται από το λίθιο, ένα κοινό στοιχείο του εδάφους.
Τέσσερα λίτρα θαλασσινού νερού μπορεί να παράγει ενέργεια αντίστοιχη 1135 λίτρων πετρελαίου, ενώ τα καύσιμα από 50 ποτήρια νερό περιέχουν ενέργεια που αντιστοιχεί σε 2 τόνους άνθρακα.
Μία μονάδα σύντηξης δεν παράγει άνθρακα, ενώ τα ποσοστά ραδιενεργών παρα-προϊόντων είναι εξαιρετικά χαμηλότερα από αυτά που παράγουν τα υπάρχοντα πυρηνικά εργοστάσια.
Επιπλέον, δεν υπάρχει κίνδυνος διαρροής ή τήξης του πυρήνα. Συνεπώς, η ενέργεια από τη σύντηξη θα είναι ωφέλιμη τόσο για το περιβάλλον όσο και για την οικονομία.
Το NIF είναι το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, ενώ χρειάζεται περαιτέρω έρευνα και τεχνολογική ανάπτυξη για να επιτευχθεί ο επιδιωκόμενος στόχος.
Daily Mail
Σχόλια
Στο logiosermis.net δημοσιεύεται κάθε σχόλιο. Θεωρούμε ότι ο καθένας έχει το δικαίωμα να εκφέρει ελεύθερα τις απόψεις του, οι οποίες εκφράζουν αποκλειστικά τον εκάστοτε σχολιαστή. Τα συκοφαντικά ή υβριστικά σχόλια θα διαγράφονται χωρίς προειδοποίηση. Περισσότερα στις οδηγίες χρήσης.