Παραγωγή ενέργειας μέσω σύντηξης: ένα στοίχημα για το μέλλον

Κατά πολλούς, είναι η μοναδική πρωτογενής πηγή ενέργειας του σύμπαντος που δεν έχει ακόμη εξερευνηθεί πλήρως. Κατά άλλους, αποτελεί μια από τις από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της ανθρωπότητας. Σίγουρα πάντως πρόκειται για ένα εγχείρημα με μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον, που -όχι τυχαία- συγκεντρώνει το τελευταίο διάστημα όλο και περισσότερα βλέμματα, καθώς παράλληλα φουντώνει η συζήτηση για το ενεργειακό μείγμα και την ενεργειακή επάρκεια μιας σειράς χωρών.

Τι είναι η θερμοπυρηνική σύντηξη;

Η σύντηξη είναι η διαδικασία που τροφοδοτεί με ενέργεια τον ήλιο και τα αστέρια. Κατά την αντίδραση της σύντηξης, δύο πυρήνες ελαφρών ατόμων συντήκονται, δηλαδή συγχωνεύονται, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο πυρήνα, απελευθερώνοντας μεγάλα ποσά ενέργειας. Η σύντηξη είναι το αντίθετο της πυρηνικής σχάσης, όπου βαρύτεροι πυρήνες διασπώνται σε μικρότερα κομμάτια. Οι αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης εμφανίζονται μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες, όταν οι πυρήνες των ατόμων συγκρούονται με πολύ υψηλή ταχύτητα καταφέρνοντας να υπερνικήσουν τις απωστικές δυνάμεις των ηλεκτρικών φορτίων τους.

Στον ήλιο, όπου τα καύσιμα της σύντηξης θερμαίνονται και συμπιέζονται από τις τεράστιες δυνάμεις βαρύτητας που επικρατούν εκεί, η θερμοπυρηνική σύντηξη εμφανίζεται φυσικά. Κάθε δευτερόλεπτο, συντήκονται στο κέντρο του ήλιου 600 δισεκατομμύρια κιλά υδρογόνου, δημιουργώντας ήλιο και απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας, ένα μέρος της οποίας συντηρεί τη ζωή στη Γη.

Φέρνοντας τον ήλιο πάνω στη γη

Η αξιοποίηση της θερμοπυρηνικής σύντηξης από τον άνθρωπο βασίζεται στην ιδέα για παραγωγή ενέργειας με διαδικασία όμοια με αυτήν που πραγματοποιείται στον ήλιο. Το εγχείρημα όμως της «μεταφοράς» της στη Γη δεν είναι καθόλου εύκολο. Κι αυτό γιατί ο ήλιος έχει ένα τεράστιο πλεονέκτημα μεγέθους: Με διάμετρο σχεδόν 1,4 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, με πυκνότητα πλάσματος πυρήνα 150 φορές μεγαλύτερη από αυτή του νερού και θερμοκρασίες που στο κέντρο του αγγίζουν τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, ο ήλιος χρησιμοποιεί τη θερμότητα και τη βαρύτητα για να εξαναγκάσει τα σωματίδια να ενωθούν, διατηρώντας έτσι τον κλίβανο της σύντηξης σταθερά «αναμμένο».

Στη Γη, ωστόσο, δε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη βαρύτητα. Αυτό επιδιώκεται να αντισταθμιστεί με τη θέρμανση ενός πλάσματος χαμηλής πυκνότητας σε μια υψηλότερη θερμοκρασία (περίπου 100-150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, ή 10 φορές υψηλότερη από αυτή του πυρήνα του ήλιου), με άριστη συγκράτηση του πλάσματος, ώστε να αυτοσυντηρούνται οι αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης. Το μείγμα αερίων που χρησιμοποιείται αποτελείται από δύο ισότοπα του ελαφρού στοιχείου υδρογόνου: το δευτέριο και το τρίτιο. Το δευτέριο βρίσκεται στο θαλασσινό νερό (υπάρχουν περίπου 30g δευτερίου σε κάθε κυβικό μέτρο νερού) ενώ το τρίτιο μπορεί να παρασκευαστεί από το λίθιο, ένα ελαφρύ μέταλλο που είναι διαθέσιμο στη γήινη λιθόσφαιρα.

Η βασική τεχνολογική πρόκληση για τον αντιδραστήρα σύντηξης είναι η δημιουργία ενός συστήματος που θα διατηρεί αρκετό χρόνο περιορισμένο το πλάσμα στην απαραίτητη πυκνότητα και θερμοκρασία. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητη πολύ ισχυρή θέρμανση, ενώ παράλληλα η απώλεια θερμότητας ή μέρους του θερμού πλάσματος πρέπει να περιοριστεί στο ελάχιστο, με κατάλληλη συγκράτησή του. Για τον περιορισμό του πλάσματος έχουν αναπτυχθεί δύο μέθοδοι: ο μαγνητικός περιορισμός, που χρησιμοποιεί ισχυρά μαγνητικά πεδία, και ο αδρανειακός περιορισμός, που χρησιμοποιεί υψηλής ισχύος ακτίνες λέιζερ ή ιόντων.

Το στοίχημα για παραγωγή ενέργειας

Σήμερα λειτουργεί στην Αγγλία το Joint European Torus, το μεγαλύτερο πείραμα σύντηξης στον κόσμο. Το επόμενο βήμα στην έρευνα της σύντηξης είναι ο διεθνής θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας ITER που κατασκευάζεται στη Γαλλία ενώ μελλοντικό στόχο αποτελεί η δημιουργία ενός πρότυπου δοκιμαστικού σταθμού παραγωγής ενέργειας από σύντηξη. Παράλληλα, αναγνωρίζοντας πως αποτελεί πεδίο κερδοφορίας, περισσότερες από 30 ιδιωτικές επιχειρήσεις ενεργοποιούνται πλέον στον τομέα της σύντηξης, δαπανώντας τεράστια ποσά για την επίτευξη της παραγωγής ενέργειας μέσω σύντηξης. Μάλιστα, ορισμένες από αυτές υπόσχονται πως στις αρχές της δεκαετίας του 2030 θα είναι σε θέση να διαθέσουν στην αγορά ολοκληρωμένους αντιδραστήρες σύντηξης «έτοιμους προς πώληση».

Φυσικά, οι πηγές ενέργειας και οι δυνατότητες που έχει κάθε χώρα -όπως και η Ελλάδα- να αντιμετωπίσει την ενεργειακή φτώχεια θα μένουν αναξιοποίητες ή θα αναπτύσσονται χωρίς στο επίκεντρο να μπαίνει η κάλυψη των λαϊκών αναγκών, όσο κουμάντο στην οικονομία κάνουν τα μονοπώλια και όλα υποτάσσονται στο κυνήγι του κέρδους. Αντίθετα, η σοσιαλιστική οικονομία, ο κεντρικός επιστημονικός σχεδιασμός μπορούν να εξασφαλίσουν την ολοκληρωμένη αξιοποίηση των πλουτοπαραγωγικών πηγών, των τεράστιων δυνατοτήτων γύρω από υπάρχουσες και νέες πηγές ενέργειας, με γνώμονα την ενεργειακή επάρκεια της χώρας και την κάλυψη των ολοένα διευρυνόμενων λαϊκών αναγκών.

Ήξερες ότι…

Στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα ενός αερίου χάνουν τα ηλεκτρόνιά τους, σχηματίζοντας ένα αέριο φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζεται πλάσμα. Σήμερα ξέρουμε ότι περισσότερο από το 99% του ορατού σύμπαντος αποτελείται από κάποια μορφή πλάσματος. Από πλάσμα αποτελείται ο ήλιος, τα άστρα και η μεσοαστρική ύλη, ο κεραυνός, καθώς και το αέριο σε μια λάμπα φωτισμού αλογόνου.

«Ο»