Παρ’ όλες τις ενθουσιώδεις αναφορές, τα πρόσφατα αποτελέσματα του Εθνικού Εργαστηρίου Ανάφλεξης των ΗΠΑ δεν φέρνουν τη σύντηξη… πιο κοντά!

Στη Φυσική είναι κάτι σαν το «Ιερό Δισκοπότηρο»: Η πυρηνική σύντηξη υπόσχεται άφθονη, δωρεάν ενέργεια, χωρίς οποιαδήποτε επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Ίσως η 5η Δεκεμβρίου 2022  μείνει στην Ιστορία ως η ημέρα (συγκεκριμένα 63 λεπτά μετά τα μεσάνυχτα ) που έγινε το πρώτο μεγάλο βήμα. Στον Economist, όμως, δεν δείχνουν να το πιστεύουν ιδιαίτερα κι εξηγούν τους λόγους.

Στις 13 Δεκεμβρίου, η υπουργός Ενέργειας των ΗΠΑ Τζένιφερ Γκράνχολμ ανακοίνωσε ότι το Εθνικό Εργαστήριο Ανάφλεξης/NIF της χώρας είχε πλέον ανταποκριθεί στην υπόσχεση «ανάφλεξης» που έδινε η επωνυμία του. Εκείνο που έφθασε σε ανάφλεξη ήταν ένα παγωμένο σφαιρίδιο δευτερίου και τριτίου – δηλαδή ισοτόπων υδρογόνου που διαθέτουν ένα και δύο νετρόνια, αντιστοίχως, στον πυρήνα τους πέρα από το ένα πρωτόνιο που αποτελεί χαρακτηριστικό του πυρήνα υδρογόνου.

Ενθουσιασμός

Το γεγονός ότι μέλος της Κυβέρνησης των ΗΠΑ βρήκε χρόνο στο φορτωμένο πρόγραμμά του προκειμένου να προβεί σε ανακοίνωση σχετικά με ένα προωθημένο θέμα ανώτερης φυσικής είναι αφ’ εαυτού παράξενο. Όμως παράξενη είναι και συνολικά αυτή η υπόθεση. Το εν λόγω αποτέλεσμα του NIF είχε βρεθεί στο επίκεντρο ενός μιντιακού κυκλώνα, που ξεκίνησε στις 11 Δεκεμβρίου με άρθρα των Financial Times που στηρίζονταν, προδήλως, σε διαρροή από το NIF, και μια καταιγιστική δημοσιότητα που συνεχίστηκε μέχρι που φτάσαμε στην επίσημη ανακοίνωση.

«Οι Αμερικανοί ερευνητές ξεπέρασαν ένα μείζον εμπόδιο στην προσπάθεια επίτευξης της πυρηνικής σύντηξης με χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα» έγραφε με ενθουσιασμό ο ιστότοπος του BBC, αφήνοντας τους αναγνώστες του με την απορία κατά πόσον υφίσταται και σύντηξη με υψηλό αποτύπωμα άνθρακα. Η Wall Street Journal τοποθετήθηκε με το «Επίτευγμα πυρηνικής σύντηξης επιταχύνει την αναζήτηση ενεργειακής πηγής απεριόριστης ισχύος». Η Svenska Dagbladet, μια από τις μεγαλύτερες σουηδικές εφημερίδες έγραφε: «Ένα βήμα πλησιέστερα στην απεριόριστη ενέργεια». Αντίστοιχα, η ιταλική Repubblica αποφάνθηκε: «Το όνειρο μιας καθαρής, ανανεώσιμης και ασφαλούς πηγής [ενέργειας] βρίσκεται πλέον κοντά».

Ε λοιπόν αυτό δεν ισχύει! Ακόμα όμως κι αν ισχύει, δεν έχει και τόση σχέση με τα γεγονότα που καταγράφηκαν στο Λίβερμορ της Καλιφόρνιας, όπου βρίσκεται το NIF. Τα αποτελέσματα στα οποία αναφέρθηκε η Τζένιφερ Γκράνχολμ είναι μεν ενδιαφέροντα, πλην όμως δεν αποτελούν αξιοποιήσιμο βήμα προς την επίτευξη παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος με βάση τη σύντηξη.

Βόμβες υδρογόνου

Το NIF αποτελεί μέρος του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore, που ως κύριο ερευνητικό στόχο έχει τη μελέτη της φυσικής που οδηγεί στις βόμβες υδρογόνου. Οι εν λόγω βόμβες λειτουργούν με βάση τη συμπίεση ατόμων δευτερίου και τριτίου με τόσο μεγάλη δύναμη, ώστε οι πυρήνες τους να συντήκονται και να δημιουργούν έναν πυρήνα ηλίου, συν ένα νετρόνιο και κάποια ποσότητα ενέργειας. Άμα κανείς το εφαρμόσει αυτό σε αρκετά ζεύγη ατόμων δευτερίου και τριτίου, τότε λαμβάνει πολλή ενέργεια – και μια πελώρια έκρηξη.

Έτσι λοιπόν, από την εποχή που οι ΗΠΑ εγκατέλειψαν –δεκαετία του 1990– τις δοκιμές πυρηνικών όπλων, μια ομάδα λαμπρών μυαλών του Εργαστηρίου Livermore σκέφθηκε ότι θα μπορούσε να συνεχίσει τα ενδιαφέροντα πειράματα, με την ανάπτυξη μιας τεχνολογίας που ονομάζεται «αδρανειακός περιορισμός» /inertial confinement, που δεν είναι παρά η εκτέλεση της παραπάνω διαδικασίας σε πολύ μικρότερη κλίμακα. Μ’ αυτόν τον τρόπο, γεννήθηκε το NIF.

Πρώτο βήμα ανάφλεξης;

Σε μια βόμβα, η συμπίεση εξασφαλίζεται με έκρηξη σχάσης στην οποία χρησιμοποιείται πλουτώνιο – στο πλαίσιο του καυσίμου του NIF επιτυγχάνεται με τη σύγκλιση επάνω στο σφαιρίδιο 192 ακτίνων από ισχυρό λέιζερ. Και στις δυο περιπτώσεις, ο στόχος δεν είναι άλλος παρά η υπέρβαση της αμοιβαίας ηλεκτρικής απώθησης των θετικά φορτισμένων πυρήνων των δύο ατόμων, με την άσκηση πίεσης προς αυτά ώστε να βρεθούν τόσο κοντά, οπότε θα αναλάβει πλέον τα ηνία μια διαφορετική ατομική δύναμη (που λειτουργεί μόνο σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις). Η ισχυρή αυτή δύναμη ασκεί έλξη, όχι απώθηση. Συσπειρώνει τα πρωτόνια και τα νετρόνια των μητρικών πυρήνων σε έναν βαρύτερο, θυγατρικό πυρήνα. Ο πυρήνας αυτός έχει ανάγκη λιγότερης ενέργειας προκειμένου να παραμείνει συνδεδεμένος, οπότε η υπερβάλλουσα ενέργεια εκλύεται – κατά 80% ως κινητική ενέργεια του απομακρυνόμενου νετρονίου και 20% ως κινητική ενέργεια του ηλίου.

Η βάση όλης της βαβούρας που προέκυψε είναι το γεγονός ότι οι ερευνητές του NIF απελευθέρωσαν περισσότερη ενέργεια από το σφαιρίδιο που υπέστη ενδόρρηξη, απ’ όση χρειάστηκε να κινητοποιηθεί με τις ακτίνες λέιζερ. Με άλλα λόγια, προκάλεσαν μια πυρηνική σπίθα η οποία έμεινε για λίγο ενεργή στο σφαιρίδιο κατά τρόπο αυτοτροφοδοτούμενο – πράγμα που μέχρι τώρα ουδέποτε είχε επιτευχθεί. Αυτό, με τη σειρά του, θα μπορούσε να κλιμακωθεί, οπότε και θα ελευθερώνεται πολύ μεγαλύτερο μέρος της δυνητικής ενέργειας που βρίσκεται εγκλεισμένη στο υλικό του σφαιριδίου.

Η αρχή είναι ξεκάθαρη και κομψή. Σαφώς και χρησιμεύει προκειμένου να κατανοήσουμε τις βόμβες υδρογόνου. Όμως η ίδια αυτή διαδικασία θα μπορεί να λειτουργήσει ως πηγή ενέργειας μόνον σε περίπτωση που η εκλυόμενη ενέργεια είναι μεγαλύτερη όχι μόνο από εκείνη που ενυπάρχει στο σφαιρίδιο, αλλά και από αυτή που χρειάστηκε προκειμένου να γεννηθούν οι ακτίνες λέιζερ που χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία. Ατυχώς, η εξαιρετικά μεγάλη αναποτελεσματικότητα των μεθόδων που εμπλέκονται στην παραγωγή των ακτίνων λέιζερ σημαίνουν ότι πολύ μικρό ποσοστό της ενέργειας η οποία βρίσκεται πίσω από τη γένεσή τους καταλήγει στο σφαιρίδιο. Δεν πρόκειται για αληθινά λειτουργικό αντιδραστήρα. Και τούτο, προτού καν συνυπολογίσει κανείς όλες τις δυσχέρειες ενεργειακής μηχανικής που εμπλέκονται στη μετατροπή της κινητικής ενέργειας των προϊόντων της σύντηξης σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η υπόσχεση της πάμφθηνης ενέργειας

Ούτως ή άλλως, η σύντηξη χτυπάει ευαίσθητες χορδές στον ψυχισμό των ανθρώπων. Η υποτιθέμενη ανεξάντλητη προσφορά καυσίμου (καθώς το δευτέριο προκύπτει αυτοφυώς σε μικρό ποσοστό των μορίων του νερού) δοξάζεται ως πλεονέκτημα – πλην όμως αγνοείται το ότι το τρίτιο, το οποίο και ραδιενεργό είναι και διάρκεια ημιζωής 12 ετών παρουσιάζει, χρειάζεται να παραχθεί συνθετικά. Η δε παρατήρηση ότι δεν υπάρχει κατ’ αυτή τη διαδικασία έκλυση CO2 /διοξειδίου του άνθρακα, ισχύει και περί της πυρηνικής σχάσης, αλλά και της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας, δηλαδή ήδη ανεπτυγμένων τεχνολογιών.

Στη συγκεκριμένη μάλιστα περίπτωση, τα πράγματα είναι ακόμα πιο παράξενα. Μετά από δεκαετίες που ακούγεται το γνώριμο αστείο «η πυρηνική σύντηξη ως πηγή ενέργειας απέχει 30 χρόνια – και τόσο θα συνεχίσει να απέχει», σήμερα υπάρχουν απτές ιδέες από υπαρκτές επιχειρήσεις με πραγματικά κεφάλαια, που δραστηριοποιούνται στον ιδιωτικό τομέα. Ο αριθμός αυτών των πειραμάτων που αξιοποιεί την περίπλοκη διαδικασία του αδρανειακού περιορισμού με τη χρήση λέιζερ είναι περιορισμένος. Ακόμα και λέιζερ πιο σύγχρονα από του NIF (που ξεκίνησε τη λειτουργία του το 2009) δεν κατόρθωσαν να ξεπεράσουν την αναποτελεσματικότητα που είναι εγγενής στη διαδικασία η οποία καταλήγει στην παραγωγή των αναγκαίων ακτίνων.

Tokamak

Αντί γι’ αυτό, πολλά εμπορικά σχέδια βασίζονται σε τεχνολογία tokamak – μια προσέγγιση που έχει τη ρίζα της στη δεκαετία του 1950. Η τεχνολογία αυτή θερμαίνει μείγμα από δευτέριο και τρίτιο σε υψηλές θερμοκρασίες ώστε να λάβουν μορφή πλάσματος, αντί να τα ψύχει σε σφαιρίδια, ενώ όσον αφορά τη συμπίεση των πυρήνων την επιτυγχάνει μαγνητικά. Αυτή την τεχνολογική αναγέννηση τη βοήθησε και η μεγάλη πρόοδος που καταγράφεται πλέον στην τεχνολογία των μαγνητών.

Με δεδομένη τη λογική του ιδιωτικού τομέα, έχουν έρθει στο προσκήνιο και πιο ακραίες προσεγγίσεις – με τη χρήση διαφορετικών πυρήνων, ώστε να προκύπτει αδρανειακός περιορισμός με την πρόσκρουση βλήματος σε στόχο που έχει πλούσιο περιεχόμενο σε καύσιμο, αντί για στόχευσή του με ακτίνες λέιζερ.

Με αυτά τα δεδομένα δεν φαίνεται πιθανό το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης να βρίσκεται στον αδρανειακό περιορισμό μέσω λέιζερ. Όσοι θα ξαναγράψουν τίτλους σε μελλοντικά ρεπορτάζ, ας το προσέξουν αυτό.