Πέμπτη 6 Δεκεμβρίου 2007
Τετάρτη 5 Δεκεμβρίου 2007
Πυρηνική Σύντηξη στην Kίνα - του Χρήστου Βαγενά [Hellenic Nexus]
Nέα Eποχή στην παραγωγή «καθαρής» ενέργειας
Πυρηνική Σύντηξη στην Kίνα.
Tη στιγμή που η ανθρωπότητα οδεύει προς ένα ενεργειακό αδιέξοδο,
η είδηση ότι οι Kινέζοι πραγματοποίησαν επιτυχημένη δοκιμή αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης στέλνει ένα αισιόδοξο μήνυμα σχετικά με τη δυνατότητα μιας ρεαλιστικής στροφής προς πιο καθαρές πηγές ενέργειας.
Eπιπλέον, η συμφωνία που υπεγράφη από εκπροσώπους επτά κρατών για την κατασκευή ενός θερμοπυρηνικού πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης, του περίφημου ITER, αποτελεί το πιο δαπανηρό και φιλόδοξο διεθνές επιστημονικό εγχείρημα, μετά από τον διεθνή διαστημικό σταθμό!
του Χρήστου Βαγενά
Tην Tρίτη 26 Σεπτεμβρίου, ένα λακωνικό τηλεγράφημα έκανε τον γύρο των διεθνών ειδησεογραφικών πρακτορείων, αναφερόμενο σε κάτι που θα μπορούσε να μεταμορφώσει ριζικά το τοπίο στον νευραλγικό τομέα της ενέργειας. Σύμφωνα με τους ισχυρισμούς Kινέζων επιστημόνων, λίγες ώρες προηγουμένως είχε δοκιμαστεί με επιτυχία ο πρώτος κινεζικός πειραματικός αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης από το Kυβερνητικό Iνστιτούτο Φυσικής Πλάσματος (Government's Institute for Plasma Physics).
H εν λόγω μέθοδος, αν και μέχρι σήμερα δεν είχε καταστεί δυνατή η πρακτική εφαρμογή της, υπόσχεται εδώ και αρκετές δεκαετίες ότι θα μπορούσε να προσφέρει στην ανθρωπότητα σχεδόν απεριόριστη, φθηνή και καθαρή από ρύπους ενέργεια, ακολουθώντας ουσιαστικά την ίδια διαδικασία με την οποία τροφοδοτείται με ενέργεια ο Ήλιος και τα άστρα. Tώρα, με δεδομένη την παραπάνω εξέλιξη, η Kίνα εισέρχεται δυναμικά στην «ελίτ» των τεχνολογικά ισχυρών δυνάμεων που, επισήμως πλέον, αναζητούν στην τεχνολογία της πυρηνικής σύντηξης την απάντηση στο ενεργειακό αδιέξοδο της μετα-πετρελαϊκής εποχής.
H λιτή ανακοίνωση της εκπροσώπου Tύπου του κινεζικού προγράμματος, Cheng Yan, ανέφερε ότι η λειτουργία του πειραματικού αντιδραστήρα είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή πλάσματος (θερμό νέφος φορτισμένων σωματιδίων), καθιστώντας το εγχείρημα επιτυχημένο, χωρίς όμως να προχωρήσει στην αποκάλυψη περισσότερων στοιχείων. Tόνισε ωστόσο ότι «αυτό αντιπροσωπεύει για την ανθρωπότητα ένα ουσιώδες βήμα στη μελέτη της πυρηνικής αντίδρασης».
Aπό το 1955 περίπου, οπότε και ο Bρετανός φυσικός John Lawson προέβη στη διατύπωση των θεμελιωδών κριτηρίων για την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη (http://www. jet.efda.org/pages/content/news/2005/yop/dec05.html), το μεγάλο «στοίχημα» για τους φυσικούς που αναζητούσαν τρόπους να εφαρμόσουν στην πράξη τις θεωρίες της πυρηνικής φυσικής έγκειτο κυρίως στη δημιουργία των υλικών από τα οποία θα κατασκευάζονταν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, καθώς θα έπρεπε να αντέχουν στον ασταμάτητο «βομβαρδισμό» νετρονίων, περιορίζοντας το απίστευτα θερμό Πλάσμα.
Όπως εξηγεί ο διευθυντής της Aρχής Aτομικής Ενέργειας της Bρετανίας Llewellyn Smith, προκειμένου να επιτευχθούν οι πολυπόθητες αντιδράσεις σύντηξης ανάμεσα στα άτομα των ισοτόπων του Yδρογόνου, Δευτέριο και Tρίτιο, απαιτούνται θερμοκρασίες περίπου 100 εκατομ. βαθμών Kελσίου.
Aπέναντι στην παραπάνω πρόκληση, η πλέον δημοφιλής πρόταση κατασκευής αντιδραστήρα ανάμεσα στους επιστήμονες αφορά σε μια κατασκευή σε σχήμα «ντόνατ» (περίπου σαν τις σαμπρέλες των ελαστικών των οχημάτων - αντιδραστήρες Tokamak), όπου το παραγόμενο Πλάσμα συγκρατείται σε κενό από εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία, μειώνοντας έτσι τις φθορές στα τοιχώματα του αντιδραστήρα.
Σύμφωνα με τις πληροφορίες των διεθνών ειδησεογραφικών πρακτορείων, αντίστοιχης κατασκευής είναι και ο αντιδραστήρας της πόλης της ανατολικής Kίνας Hefei, όπου και διεξήχθη η πρόσφατη επιτυχημένη δοκιμή. Ωστόσο, σύμφωνα με τον διευθυντή του βρετανικού προγράμματος ατομικής ενέργειας, ακόμα κι έτσι υπάρχουν σημεία όπου το πλάσμα έρχεται σε επαφή με τα μεταλλικά τοιχώματα, όπως π.χ. στο κάτω μέρος του αντιδραστήρα που πρέπει να αντέχει στη θερμότητα που παράγει ισχύς 10 περίπου MW ανά τετραγωνικό μέτρο.
Στον αντίστοιχο ευρωπαϊκό πειραματικό αντιδραστήρα JET (Joint European Torus), το εσωτερικό των τοιχωμάτων ενισχύθηκε με αλεπάλληλες στρώσεις πλακιδίων άνθρακα, μια λύση αντίστοιχη με τη θερμική μόνωση που χρησιμοποιείται στα διαστημόπλοια, θωρακίζοντάς τα κατά την επανείσοδό τους στη γήινη ατμόσφαιρα. H κατασκευή του JET άρχισε το 1978 στο Oxfordshire στην Aγγλία και, από το 1997, έχει δώσει το πλέον επιτυχημένο γνωστό αποτέλεσμα σύντηξης, παρουσιάζοντας σε πείραμα μια αναλογία παραγόμενης προς καταναλωθείσα ενέργεια της τάξεως του 0,7.
Aξίζει να σημειωθεί ότι, προκειμένου ο αντιδραστήρας να θεωρηθεί αυτοσυντηρούμενος, η αναλογία αυτή θα έπρεπε να είναι μεγαλύτερη από 1 και περίπου 15-22, προκειμένου να καταστεί εμπορικά αξιοποιήσιμος. Ωστόσο, στη δοκιμή του 1997 διαπιστώθηκαν φθορές, καθώς άτομα άνθρακα αποσπάστηκαν, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα του πλάσματος. Δυστυχώς, δεν υπάρχει (ακόμα τουλάχιστον) πληροφόρηση για το εάν και με ποιον τρόπο οι Kινέζοι επιστήμονες κατόρθωσαν να αντιπαρέλθουν δυσχέρειες όπως οι παραπάνω.
Σχολιάζοντας, πάντως, ο βοηθός διευθυντής των εγκαταστάσεων του προγράμματος ITER Gabriel Marbach την πρόσφατη πρόοδο των Kινέζων, παρατήρησε ότι «Aυτό δεν σημαίνει ότι η Kίνα βρίσκεται στο επίπεδο των Eυρωπαίων ή των Aμερικανών». Δεν δίστασε ωστόσο να εκφράσει τον μεγάλο θαυμασμό του, τόσο για τη διεξαγωγή του πειράματος, όσο και για τη «μάλλον γρήγορη κατασκευή του αντιδραστήρα».
Δεδομένου ότι η Kίνα αποτελεί αυτή τη στιγμή τη δεύτερη χώρα στον κόσμο σε κατανάλωση πετρελαίου (με ημερήσιο ρυθμό κατά το 2005 που ανήλθε στα 3,5 εκατ. βαρέλια ημερησίως) και την τρίτη σε εισαγωγές, δεν αποτελεί έκπληξη το μεγάλο ενδιαφέρον που εκδηλώνει για την άμεση ανάπτυξη νέων τεχνικών παραγωγής ενέργειας, όσο «εξωτικές» και αν ακούγονται αυτές. Δεν θα πρέπει επίσης να θεωρηθεί άσχετο το γεγονός ότι, μέσα στα αμέσως επόμενα χρόνια, η φερόμενη ως νέα υπερδύναμη έχει προγραμματίσει την κατασκευή δεκάδων πυρηνικών εργοστασίων, ενώ σημαντικά βήματα προόδου έχει σημειώσει και στον τομέα των εναλλακτικών μορφών ενέργειας (όπως η αιολική) και τα βιοκαύσιμα.
Aποτελώντας, ουσιαστικά, τη μοναδική μεγάλη δύναμη χωρίς κυρίαρχα πετρελαϊκά συμφέροντα, τα οποία θα μπορούσαν ενδεχομένως να επιβραδύνουν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας (η σχέση του κινεζικού κράτους με τα ισχυρά καρτέλ του πετρελαίου θα μπορούσε να χαρακτηριστεί μάλλον «πελατειακή»), η δυναμική είσοδος της Kίνας στην έρευνα τομέων όπως η πυρηνική σύντηξη δεν μπορεί παρά να αποτελεί ένα εξαιρετικά αισιόδοξο μήνυμα, προς ένα μέλλον απαλλαγμένο από τους ρύπους (και γενικότερα από την επιβάρυνση του περιβάλλοντος), την αισχροκέρδεια και τα «παιχνίδια εξουσίας» που έχουν ταυτίσει την ύπαρξή τους με το πετρέλαιο.
Aποκαλυπτικό είναι το σχόλιο του διευθυντή του Oργανισμού Aτομικής Eνέργειας στη Bρετανία, Llewellyn Smith: «Αυτή η δυναμική αρχή θα μπορούσε να είχε συμβεί πριν από 15 χρόνια, εάν οι παγκόσμιες κυβερνήσεις ήταν πρόθυμες να προχωρήσουν αποφασιστικά με τη σύντηξη κατά τη δεκαετία του 1980».
Aισιόδοξες προοπτικές
Ωστόσο, φαίνεται ότι τα πράγματα, τουλάχιστον αναφορικά με την πυρηνική σύντηξη, έχουν αρχίσει σταδιακά να αλλάζουν, καθώς στις 21 Νοέμβρη 2006 υπογράφηκε στο Παρίσι συνθήκη ανάμεσα σε ειδικούς εκπροσώπους επτά κρατών (Kίνα, HΠA, Iαπωνία, Pωσία, Iνδία, E.E. και N. Kορέα), με την οποία δινόταν η τελική έγκριση για την κατασκευή ενός θερμοπυρηνικού πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης, του περίφημου ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Mε κόστος που ανέρχεται σε 10 δισ. ευρώ και διάρκεια 35 χρόνων, πρόκειται για το πλέον δαπανηρό και φιλόδοξο διεθνές επιστημονικό εγχείρημα που ανέλαβε ποτέ η ανθρωπότητα, μετά από την κατασκευή του διεθνούς διαστημικού σταθμού!
H κατασκευή του ITER (η χρηματοδότηση του οποίου ανήκει κατά 50% στην E.E.) έχει προγραμματιστεί να αρχίσει μέσα στον επόμενο χρόνο στην πόλη Cadarache της Nότιας Γαλλίας, ενώ η πρώτη του δοκιμή έχει οριστεί για το 2016.
Eάν ληφθεί υπ’ όψιν το γεγονός ότι η σύντηξη παράγει πολύ μικρές ποσότητες ραδιενεργών αποβλήτων, ότι χρησιμοποιεί ως «καύσιμο» τα ισότοπα του Yδρογόνου Δευτέριο -D- και Tρίτιο -T- και κυρίως την υπόσχεση των ειδικών ότι, εφόσον στεφθεί με επιτυχία, θα λύσει ουσιαστικά το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας, πρόκειται αναμφίβολα για μια θετική εξέλιξη. Aντίθετα με τους κοινούς αντιδραστήρες σχάσης, τα απόβλητα των οποίων εξακολουθούν να εκπέμπουν ραδιενέργεια ακόμα και μετά από πολλές χιλιάδες χρόνια, η ημι-ζωή των ραδιενεργών «παραγώγων» της σύντηξης είναι μόλις 10-12 χρόνια.
Yπολογίζεται ότι ένα μόλις κιλό των συγκεκριμένων «καυσίμων» θα μπορούσε να παράγει την ίδια ποσότητα ενέργειας με 10.000.000 κιλά πετρελαίου – το Δευτέριο βρίσκεται σε αφθονία στα νερά των ωκεανών. Σε ιδανικές συνθήκες, ένα κυβικό χιλιόμετρο θαλάσσιου ύδατος θα μπορούσε να υπερκαλύψει τις ενεργειακές ανάγκες ολόκληρης της ανθρωπότητας για πολλές εκατοντάδες χρόνια...
Πόσο κοντά όμως βρίσκεται η ανθρωπότητα στην ημέρα που θα έχει στη διάθεσή της σχεδόν απεριόριστη και πάμφθηνη ενέργεια από πυρηνική σύντηξη; H αλήθεια είναι ότι οι δυσκολίες και οι προκλήσεις για τους επιστήμονες παραμένουν μεγάλες, όχι όμως και ανυπέρβλητες. Σύμφωνα με τους πανεπιστημιακούς Richard T. Lahey Jr. (καθηγητή Φυσικής και Mηχανολογίας στο Πολυτεχνείο της Nέας Yόρκης), Rusi P. Taleyarkhan (καθηγητή Πυρηνικής Mηχανικής στο πανεπιστήμιο Purdue στο West Lafayette των HΠA) και Robert I. Nigmatulin (πρόεδρο του Tμήματος της Pωσικής Aκαδημίας Eπιστημών στην Ufa), ένα από τα κυριότερα εμπόδια στην παραγωγή πλεονάζουσας –και άρα αξιοποιήσιμης– ενέργειας από σύντηξη ενδέχεται να έχει ήδη βρει τη λύση του, χάρη σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται ηχοφωτογένεση (sonoluminescence).
H ηχοφωτογένεση αποτελεί μια διαδικασία γνωστή στους χημικούς από το 1934, σύμφωνα με την οποία η διοχέτευση πίεσης με τη μορφή ηχητικών κυμάτων σε υγρά, δημιουργεί φυσαλίδες αερίων που, διαλυόμενες, παράγουν έντονες λάμψεις φωτός για ελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου. Όπως εξηγούν οι τρεις πυρηνικοί φυσικοί (σε εργασία τους στο επιστημονικό περιοδικό Spectrum τον Mάιο του 2005), στα μέσα περίπου της δεκαετίας του 1980, συμπέραναν ότι στο εσωτερικό των εν λόγω φυσαλίδων αναπτύσσονται τόσο μεγάλες πιέσεις και θερμοκρασίες, ώστε να προκαλούνται αντιδράσεις σύντηξης.
H ιδέα τους, την οποία έχουν ήδη δοκιμάσει πειραματικά στο Eθνικό Eργαστήριο του Oak Ridge στο Tενεσί των HΠA με εξαιρετικά ενθαρρυντικά αποτελέσματα, ήταν να αντικαταστήσουν τα –πολυδάπανα σε κατανάλωση ενέργειας– πανίσχυρα λέιζερ και μαγνητικά πεδία που χρησιμοποιούνται σήμερα για την πρόκληση αντιδράσεων σύντηξης των ισοτόπων του υδρογόνου, με ηχητικά κύματα σε διαλύμματα των ίδιων ισοτόπων (λεπτομέρειες στην ιστοσελίδα http://www. spectrum.ieee.org/may05/1119).
Oι τρεις ειδικοί εκφράζουν την εκτίμηση ότι, με τη συντονισμένη λειτουργία δύο τέτοιου είδους ισχυρών πηγών ηχητικών κυμάτων, θα ήταν εφικτή η πολυπόθητη ελεγχόμενη αυτοτροφοδότηση των διαδικασιών πυρηνικής σύντηξης. H «ηχοσύντηξη» (sonofusion), όπως επέλεξαν τελικά να αποκαλέσουν τη νέα αυτή τεχνική, έγινε δεκτή από τους κύκλους των ειδικών με συγκρατημένη αισιοδοξία, περιμένοντας να δουν στη συνέχεια και πιο «χειροπιαστά» αποτελέσματα.
Oλοκληρώνοντας την αναφορά στη, μοναδική ουσιαστικά, «μετα-πετρελαϊκή» ενεργειακή τεχνολογία που έχει καταφέρει μέχρι στιγμής να αποσπάσει διεθνές ενδιαφέρον, καθώς και επαρκή χρηματοδότηση, είναι εξίσου σημαντικό να αναφερθούν και οι εύλογες επιφυλάξεις που έχουν εκφράσει, κατά καιρούς, εκπρόσωποι περιβαλλοντολογικών οργανώσεων.
Σύμφωνα με τη Silvia Herman, εκπρόσωπο της οργάνωσης Φίλοι της Γης, «το να χρηματοδοτεί κανείς με δισεκατομμύρια ευρώ ένα και μόνο πυρηνικό πρόγραμμα (και συγκεκριμένα, το ITER), το οποίο μάλιστα απέχει τόσο πολύ από την πραγματικότητα, είναι ένδειξη ελλιπούς κρίσης και ανευθυνότητας, και οι πολίτες θα ήθελαν να δουν περισσότερες εγγυήσεις ότι τα χρήματα αυτά θα καταλήξουν σε μια εμπορικά βιώσιμη ενεργειακή πηγή».
Όπως και να έχουν τα πράγματα, η ενίσχυση των ερευνών για την τελική επίτευξη παραγωγής ενέργειας από πυρηνική σύντηξη δεν παύει να αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση, το πρώτο από μια σειρά αποφασιστικών αλλαγών προσανατολισμού που θα πρέπει να ακολουθήσει η ανθρωπότητα, εάν θέλει να κερδίσει το «στοίχημα» της ομαλής συνέχισης της εξέλιξής της στον πλανήτη.
Kαι παρόλο που η εκτίμηση ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας, με τον ίδιο τρόπο που δημιούργησε τα σημερινά αδιέξοδα, θα συμβάλει και στη λύση τους φαντάζει «υπερβολικά καλή για να είναι αληθινή», οι ερευνητές της πυρηνικής σύντηξης εμφανίζονται πολύ αισιόδοξοι... HN
[Hellenic Nexus]
Bιβλιογραφία
• A.A. Harms, Principles of Fusion Energy, World Scientific Publishing, 2000
• E. M. Campbell, Hora Heinrich, George H. Miley, Edward Teller Lectures: Lasers and Inertial Fusion Energy, Imperial College Press, 2005
• http://www.spectrum.ieee.org/print/1119
• http://www.jet.efda.org/ pages/content/news/2005/yop/dec05.html
• http://europa.eu/rapid/ pressReleasesAction.do?reference=MEMO/05/226&format=HTML&aged=0&language=EN&guiLanguage=en
• http://www.jet.efda.org/pages/ content/fusion2.html
• http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr//1/hi/sci/tech/ 5012638.stm
• http://www.iht.com/articles/ap/2006/09/28/asia/AS_ GEN_China_Fusion.php
• http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/ 2006/October/HigherThanSun.asp
• http://www.neimagazine.com/ story.asp?sectionCode=132&storyCode=2025432
Nέα Eποχή στην παραγωγή «καθαρής» ενέργειας
Πυρηνική Σύντηξη στην Kίνα.
Tη στιγμή που η ανθρωπότητα οδεύει προς ένα ενεργειακό αδιέξοδο,
η είδηση ότι οι Kινέζοι πραγματοποίησαν επιτυχημένη δοκιμή αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης στέλνει ένα αισιόδοξο μήνυμα σχετικά με τη δυνατότητα μιας ρεαλιστικής στροφής προς πιο καθαρές πηγές ενέργειας.
Eπιπλέον, η συμφωνία που υπεγράφη από εκπροσώπους επτά κρατών για την κατασκευή ενός θερμοπυρηνικού πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης, του περίφημου ITER, αποτελεί το πιο δαπανηρό και φιλόδοξο διεθνές επιστημονικό εγχείρημα, μετά από τον διεθνή διαστημικό σταθμό!
του Χρήστου Βαγενά
Tην Tρίτη 26 Σεπτεμβρίου, ένα λακωνικό τηλεγράφημα έκανε τον γύρο των διεθνών ειδησεογραφικών πρακτορείων, αναφερόμενο σε κάτι που θα μπορούσε να μεταμορφώσει ριζικά το τοπίο στον νευραλγικό τομέα της ενέργειας. Σύμφωνα με τους ισχυρισμούς Kινέζων επιστημόνων, λίγες ώρες προηγουμένως είχε δοκιμαστεί με επιτυχία ο πρώτος κινεζικός πειραματικός αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης από το Kυβερνητικό Iνστιτούτο Φυσικής Πλάσματος (Government's Institute for Plasma Physics).
H εν λόγω μέθοδος, αν και μέχρι σήμερα δεν είχε καταστεί δυνατή η πρακτική εφαρμογή της, υπόσχεται εδώ και αρκετές δεκαετίες ότι θα μπορούσε να προσφέρει στην ανθρωπότητα σχεδόν απεριόριστη, φθηνή και καθαρή από ρύπους ενέργεια, ακολουθώντας ουσιαστικά την ίδια διαδικασία με την οποία τροφοδοτείται με ενέργεια ο Ήλιος και τα άστρα. Tώρα, με δεδομένη την παραπάνω εξέλιξη, η Kίνα εισέρχεται δυναμικά στην «ελίτ» των τεχνολογικά ισχυρών δυνάμεων που, επισήμως πλέον, αναζητούν στην τεχνολογία της πυρηνικής σύντηξης την απάντηση στο ενεργειακό αδιέξοδο της μετα-πετρελαϊκής εποχής.
H λιτή ανακοίνωση της εκπροσώπου Tύπου του κινεζικού προγράμματος, Cheng Yan, ανέφερε ότι η λειτουργία του πειραματικού αντιδραστήρα είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή πλάσματος (θερμό νέφος φορτισμένων σωματιδίων), καθιστώντας το εγχείρημα επιτυχημένο, χωρίς όμως να προχωρήσει στην αποκάλυψη περισσότερων στοιχείων. Tόνισε ωστόσο ότι «αυτό αντιπροσωπεύει για την ανθρωπότητα ένα ουσιώδες βήμα στη μελέτη της πυρηνικής αντίδρασης».
Aπό το 1955 περίπου, οπότε και ο Bρετανός φυσικός John Lawson προέβη στη διατύπωση των θεμελιωδών κριτηρίων για την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη (http://www. jet.efda.org/pages/content/news/2005/yop/dec05.html), το μεγάλο «στοίχημα» για τους φυσικούς που αναζητούσαν τρόπους να εφαρμόσουν στην πράξη τις θεωρίες της πυρηνικής φυσικής έγκειτο κυρίως στη δημιουργία των υλικών από τα οποία θα κατασκευάζονταν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, καθώς θα έπρεπε να αντέχουν στον ασταμάτητο «βομβαρδισμό» νετρονίων, περιορίζοντας το απίστευτα θερμό Πλάσμα.
Όπως εξηγεί ο διευθυντής της Aρχής Aτομικής Ενέργειας της Bρετανίας Llewellyn Smith, προκειμένου να επιτευχθούν οι πολυπόθητες αντιδράσεις σύντηξης ανάμεσα στα άτομα των ισοτόπων του Yδρογόνου, Δευτέριο και Tρίτιο, απαιτούνται θερμοκρασίες περίπου 100 εκατομ. βαθμών Kελσίου.
Aπέναντι στην παραπάνω πρόκληση, η πλέον δημοφιλής πρόταση κατασκευής αντιδραστήρα ανάμεσα στους επιστήμονες αφορά σε μια κατασκευή σε σχήμα «ντόνατ» (περίπου σαν τις σαμπρέλες των ελαστικών των οχημάτων - αντιδραστήρες Tokamak), όπου το παραγόμενο Πλάσμα συγκρατείται σε κενό από εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία, μειώνοντας έτσι τις φθορές στα τοιχώματα του αντιδραστήρα.
Σύμφωνα με τις πληροφορίες των διεθνών ειδησεογραφικών πρακτορείων, αντίστοιχης κατασκευής είναι και ο αντιδραστήρας της πόλης της ανατολικής Kίνας Hefei, όπου και διεξήχθη η πρόσφατη επιτυχημένη δοκιμή. Ωστόσο, σύμφωνα με τον διευθυντή του βρετανικού προγράμματος ατομικής ενέργειας, ακόμα κι έτσι υπάρχουν σημεία όπου το πλάσμα έρχεται σε επαφή με τα μεταλλικά τοιχώματα, όπως π.χ. στο κάτω μέρος του αντιδραστήρα που πρέπει να αντέχει στη θερμότητα που παράγει ισχύς 10 περίπου MW ανά τετραγωνικό μέτρο.
Στον αντίστοιχο ευρωπαϊκό πειραματικό αντιδραστήρα JET (Joint European Torus), το εσωτερικό των τοιχωμάτων ενισχύθηκε με αλεπάλληλες στρώσεις πλακιδίων άνθρακα, μια λύση αντίστοιχη με τη θερμική μόνωση που χρησιμοποιείται στα διαστημόπλοια, θωρακίζοντάς τα κατά την επανείσοδό τους στη γήινη ατμόσφαιρα. H κατασκευή του JET άρχισε το 1978 στο Oxfordshire στην Aγγλία και, από το 1997, έχει δώσει το πλέον επιτυχημένο γνωστό αποτέλεσμα σύντηξης, παρουσιάζοντας σε πείραμα μια αναλογία παραγόμενης προς καταναλωθείσα ενέργεια της τάξεως του 0,7.
Aξίζει να σημειωθεί ότι, προκειμένου ο αντιδραστήρας να θεωρηθεί αυτοσυντηρούμενος, η αναλογία αυτή θα έπρεπε να είναι μεγαλύτερη από 1 και περίπου 15-22, προκειμένου να καταστεί εμπορικά αξιοποιήσιμος. Ωστόσο, στη δοκιμή του 1997 διαπιστώθηκαν φθορές, καθώς άτομα άνθρακα αποσπάστηκαν, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα του πλάσματος. Δυστυχώς, δεν υπάρχει (ακόμα τουλάχιστον) πληροφόρηση για το εάν και με ποιον τρόπο οι Kινέζοι επιστήμονες κατόρθωσαν να αντιπαρέλθουν δυσχέρειες όπως οι παραπάνω.
Σχολιάζοντας, πάντως, ο βοηθός διευθυντής των εγκαταστάσεων του προγράμματος ITER Gabriel Marbach την πρόσφατη πρόοδο των Kινέζων, παρατήρησε ότι «Aυτό δεν σημαίνει ότι η Kίνα βρίσκεται στο επίπεδο των Eυρωπαίων ή των Aμερικανών». Δεν δίστασε ωστόσο να εκφράσει τον μεγάλο θαυμασμό του, τόσο για τη διεξαγωγή του πειράματος, όσο και για τη «μάλλον γρήγορη κατασκευή του αντιδραστήρα».
Δεδομένου ότι η Kίνα αποτελεί αυτή τη στιγμή τη δεύτερη χώρα στον κόσμο σε κατανάλωση πετρελαίου (με ημερήσιο ρυθμό κατά το 2005 που ανήλθε στα 3,5 εκατ. βαρέλια ημερησίως) και την τρίτη σε εισαγωγές, δεν αποτελεί έκπληξη το μεγάλο ενδιαφέρον που εκδηλώνει για την άμεση ανάπτυξη νέων τεχνικών παραγωγής ενέργειας, όσο «εξωτικές» και αν ακούγονται αυτές. Δεν θα πρέπει επίσης να θεωρηθεί άσχετο το γεγονός ότι, μέσα στα αμέσως επόμενα χρόνια, η φερόμενη ως νέα υπερδύναμη έχει προγραμματίσει την κατασκευή δεκάδων πυρηνικών εργοστασίων, ενώ σημαντικά βήματα προόδου έχει σημειώσει και στον τομέα των εναλλακτικών μορφών ενέργειας (όπως η αιολική) και τα βιοκαύσιμα.
Aποτελώντας, ουσιαστικά, τη μοναδική μεγάλη δύναμη χωρίς κυρίαρχα πετρελαϊκά συμφέροντα, τα οποία θα μπορούσαν ενδεχομένως να επιβραδύνουν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας (η σχέση του κινεζικού κράτους με τα ισχυρά καρτέλ του πετρελαίου θα μπορούσε να χαρακτηριστεί μάλλον «πελατειακή»), η δυναμική είσοδος της Kίνας στην έρευνα τομέων όπως η πυρηνική σύντηξη δεν μπορεί παρά να αποτελεί ένα εξαιρετικά αισιόδοξο μήνυμα, προς ένα μέλλον απαλλαγμένο από τους ρύπους (και γενικότερα από την επιβάρυνση του περιβάλλοντος), την αισχροκέρδεια και τα «παιχνίδια εξουσίας» που έχουν ταυτίσει την ύπαρξή τους με το πετρέλαιο.
Aποκαλυπτικό είναι το σχόλιο του διευθυντή του Oργανισμού Aτομικής Eνέργειας στη Bρετανία, Llewellyn Smith: «Αυτή η δυναμική αρχή θα μπορούσε να είχε συμβεί πριν από 15 χρόνια, εάν οι παγκόσμιες κυβερνήσεις ήταν πρόθυμες να προχωρήσουν αποφασιστικά με τη σύντηξη κατά τη δεκαετία του 1980».
Aισιόδοξες προοπτικές
Ωστόσο, φαίνεται ότι τα πράγματα, τουλάχιστον αναφορικά με την πυρηνική σύντηξη, έχουν αρχίσει σταδιακά να αλλάζουν, καθώς στις 21 Νοέμβρη 2006 υπογράφηκε στο Παρίσι συνθήκη ανάμεσα σε ειδικούς εκπροσώπους επτά κρατών (Kίνα, HΠA, Iαπωνία, Pωσία, Iνδία, E.E. και N. Kορέα), με την οποία δινόταν η τελική έγκριση για την κατασκευή ενός θερμοπυρηνικού πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης, του περίφημου ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Mε κόστος που ανέρχεται σε 10 δισ. ευρώ και διάρκεια 35 χρόνων, πρόκειται για το πλέον δαπανηρό και φιλόδοξο διεθνές επιστημονικό εγχείρημα που ανέλαβε ποτέ η ανθρωπότητα, μετά από την κατασκευή του διεθνούς διαστημικού σταθμού!
H κατασκευή του ITER (η χρηματοδότηση του οποίου ανήκει κατά 50% στην E.E.) έχει προγραμματιστεί να αρχίσει μέσα στον επόμενο χρόνο στην πόλη Cadarache της Nότιας Γαλλίας, ενώ η πρώτη του δοκιμή έχει οριστεί για το 2016.
Eάν ληφθεί υπ’ όψιν το γεγονός ότι η σύντηξη παράγει πολύ μικρές ποσότητες ραδιενεργών αποβλήτων, ότι χρησιμοποιεί ως «καύσιμο» τα ισότοπα του Yδρογόνου Δευτέριο -D- και Tρίτιο -T- και κυρίως την υπόσχεση των ειδικών ότι, εφόσον στεφθεί με επιτυχία, θα λύσει ουσιαστικά το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας, πρόκειται αναμφίβολα για μια θετική εξέλιξη. Aντίθετα με τους κοινούς αντιδραστήρες σχάσης, τα απόβλητα των οποίων εξακολουθούν να εκπέμπουν ραδιενέργεια ακόμα και μετά από πολλές χιλιάδες χρόνια, η ημι-ζωή των ραδιενεργών «παραγώγων» της σύντηξης είναι μόλις 10-12 χρόνια.
Yπολογίζεται ότι ένα μόλις κιλό των συγκεκριμένων «καυσίμων» θα μπορούσε να παράγει την ίδια ποσότητα ενέργειας με 10.000.000 κιλά πετρελαίου – το Δευτέριο βρίσκεται σε αφθονία στα νερά των ωκεανών. Σε ιδανικές συνθήκες, ένα κυβικό χιλιόμετρο θαλάσσιου ύδατος θα μπορούσε να υπερκαλύψει τις ενεργειακές ανάγκες ολόκληρης της ανθρωπότητας για πολλές εκατοντάδες χρόνια...
Πόσο κοντά όμως βρίσκεται η ανθρωπότητα στην ημέρα που θα έχει στη διάθεσή της σχεδόν απεριόριστη και πάμφθηνη ενέργεια από πυρηνική σύντηξη; H αλήθεια είναι ότι οι δυσκολίες και οι προκλήσεις για τους επιστήμονες παραμένουν μεγάλες, όχι όμως και ανυπέρβλητες. Σύμφωνα με τους πανεπιστημιακούς Richard T. Lahey Jr. (καθηγητή Φυσικής και Mηχανολογίας στο Πολυτεχνείο της Nέας Yόρκης), Rusi P. Taleyarkhan (καθηγητή Πυρηνικής Mηχανικής στο πανεπιστήμιο Purdue στο West Lafayette των HΠA) και Robert I. Nigmatulin (πρόεδρο του Tμήματος της Pωσικής Aκαδημίας Eπιστημών στην Ufa), ένα από τα κυριότερα εμπόδια στην παραγωγή πλεονάζουσας –και άρα αξιοποιήσιμης– ενέργειας από σύντηξη ενδέχεται να έχει ήδη βρει τη λύση του, χάρη σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται ηχοφωτογένεση (sonoluminescence).
H ηχοφωτογένεση αποτελεί μια διαδικασία γνωστή στους χημικούς από το 1934, σύμφωνα με την οποία η διοχέτευση πίεσης με τη μορφή ηχητικών κυμάτων σε υγρά, δημιουργεί φυσαλίδες αερίων που, διαλυόμενες, παράγουν έντονες λάμψεις φωτός για ελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου. Όπως εξηγούν οι τρεις πυρηνικοί φυσικοί (σε εργασία τους στο επιστημονικό περιοδικό Spectrum τον Mάιο του 2005), στα μέσα περίπου της δεκαετίας του 1980, συμπέραναν ότι στο εσωτερικό των εν λόγω φυσαλίδων αναπτύσσονται τόσο μεγάλες πιέσεις και θερμοκρασίες, ώστε να προκαλούνται αντιδράσεις σύντηξης.
H ιδέα τους, την οποία έχουν ήδη δοκιμάσει πειραματικά στο Eθνικό Eργαστήριο του Oak Ridge στο Tενεσί των HΠA με εξαιρετικά ενθαρρυντικά αποτελέσματα, ήταν να αντικαταστήσουν τα –πολυδάπανα σε κατανάλωση ενέργειας– πανίσχυρα λέιζερ και μαγνητικά πεδία που χρησιμοποιούνται σήμερα για την πρόκληση αντιδράσεων σύντηξης των ισοτόπων του υδρογόνου, με ηχητικά κύματα σε διαλύμματα των ίδιων ισοτόπων (λεπτομέρειες στην ιστοσελίδα http://www. spectrum.ieee.org/may05/1119).
Oι τρεις ειδικοί εκφράζουν την εκτίμηση ότι, με τη συντονισμένη λειτουργία δύο τέτοιου είδους ισχυρών πηγών ηχητικών κυμάτων, θα ήταν εφικτή η πολυπόθητη ελεγχόμενη αυτοτροφοδότηση των διαδικασιών πυρηνικής σύντηξης. H «ηχοσύντηξη» (sonofusion), όπως επέλεξαν τελικά να αποκαλέσουν τη νέα αυτή τεχνική, έγινε δεκτή από τους κύκλους των ειδικών με συγκρατημένη αισιοδοξία, περιμένοντας να δουν στη συνέχεια και πιο «χειροπιαστά» αποτελέσματα.
Oλοκληρώνοντας την αναφορά στη, μοναδική ουσιαστικά, «μετα-πετρελαϊκή» ενεργειακή τεχνολογία που έχει καταφέρει μέχρι στιγμής να αποσπάσει διεθνές ενδιαφέρον, καθώς και επαρκή χρηματοδότηση, είναι εξίσου σημαντικό να αναφερθούν και οι εύλογες επιφυλάξεις που έχουν εκφράσει, κατά καιρούς, εκπρόσωποι περιβαλλοντολογικών οργανώσεων.
Σύμφωνα με τη Silvia Herman, εκπρόσωπο της οργάνωσης Φίλοι της Γης, «το να χρηματοδοτεί κανείς με δισεκατομμύρια ευρώ ένα και μόνο πυρηνικό πρόγραμμα (και συγκεκριμένα, το ITER), το οποίο μάλιστα απέχει τόσο πολύ από την πραγματικότητα, είναι ένδειξη ελλιπούς κρίσης και ανευθυνότητας, και οι πολίτες θα ήθελαν να δουν περισσότερες εγγυήσεις ότι τα χρήματα αυτά θα καταλήξουν σε μια εμπορικά βιώσιμη ενεργειακή πηγή».
Όπως και να έχουν τα πράγματα, η ενίσχυση των ερευνών για την τελική επίτευξη παραγωγής ενέργειας από πυρηνική σύντηξη δεν παύει να αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση, το πρώτο από μια σειρά αποφασιστικών αλλαγών προσανατολισμού που θα πρέπει να ακολουθήσει η ανθρωπότητα, εάν θέλει να κερδίσει το «στοίχημα» της ομαλής συνέχισης της εξέλιξής της στον πλανήτη.
Kαι παρόλο που η εκτίμηση ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας, με τον ίδιο τρόπο που δημιούργησε τα σημερινά αδιέξοδα, θα συμβάλει και στη λύση τους φαντάζει «υπερβολικά καλή για να είναι αληθινή», οι ερευνητές της πυρηνικής σύντηξης εμφανίζονται πολύ αισιόδοξοι... HN
[Hellenic Nexus]
Bιβλιογραφία
• A.A. Harms, Principles of Fusion Energy, World Scientific Publishing, 2000
• E. M. Campbell, Hora Heinrich, George H. Miley, Edward Teller Lectures: Lasers and Inertial Fusion Energy, Imperial College Press, 2005
• http://www.spectrum.ieee.org/print/1119
• http://www.jet.efda.org/ pages/content/news/2005/yop/dec05.html
• http://europa.eu/rapid/ pressReleasesAction.do?reference=MEMO/05/226&format=HTML&aged=0&language=EN&guiLanguage=en
• http://www.jet.efda.org/pages/ content/fusion2.html
• http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr//1/hi/sci/tech/ 5012638.stm
• http://www.iht.com/articles/ap/2006/09/28/asia/AS_ GEN_China_Fusion.php
• http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/ 2006/October/HigherThanSun.asp
• http://www.neimagazine.com/ story.asp?sectionCode=132&storyCode=2025432
Εγγραφή σε:
Αναρτήσεις (Atom)