Στα άδυτα του πρώτου αντιδραστήρα για απεριόριστη ενέργεια

Στην «καρδιά» της Προβηγκίας, μερικά από τα λαμπρότερα επιστημονικά μυαλά του πλανήτη δουλεύουν αδιάκοπα για ένα πρόγραμμα που πολλοί χαρακτηρίζουν ως το μεγαλύτερο και πιο φιλόδοξο επιστημονικό πείραμα στον κόσμο.

“Κατασκευάζουμε αναμφισβήτητα την πιο πολύπλοκη μηχανή που έχει σχεδιαστεί ποτέ”, εκμυστηρεύεται ο Laban Coblentz.

Το ζητούμενο είναι να αποδείξουμε τη δυνατότητα αξιοποίησης της πυρηνικής σύντηξης – της ίδιας αντίδρασης που τροφοδοτεί τον Ήλιο και τα αστέρια μας – σε βιομηχανική κλίμακα.

Για να γίνει αυτό, κατασκευάζεται στη νότια Γαλλία ο μεγαλύτερος θάλαμος μαγνητικού περιορισμού στον κόσμο, ή Tokamak, για την παραγωγή καθαρής ενέργειας.

Η συμφωνία για το έργο του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα (ITER) υπεγράφη επίσημα το 2006 από τις ΗΠΑ, την ΕΕ, τη Ρωσία, την Κίνα, την Ινδία και τη Νότια Κορέα στο Μέγαρο των Ηλυσίων στο Παρίσι.

Πλέον, περισσότερες από 30 χώρες συνεργάζονται στην προσπάθεια κατασκευής της πειραματικής συσκευής, η οποία προβλέπεται να ζυγίζει 23.000 τόνους και να αντέχει σε θερμοκρασίες έως και 150 εκατομ. °C όταν ολοκληρωθεί.

“Κατά κάποιον τρόπο, πρόκειται για ένα εθνικό εργαστήριο, μια μεγάλη εγκατάσταση ερευνητικού ινστιτούτου. Αλλά είναι η σύγκλιση των εθνικών εργαστηρίων, στην πραγματικότητα, 35 χωρών”, δήλωσε ο Coblentz, επικεφαλής επικοινωνίας του ITER, στο Euronews Next.

Πώς λειτουργεί η πυρηνική σύντηξη;

Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία κατά την οποία δύο ελαφροί ατομικοί πυρήνες συντήκονται για να σχηματίσουν έναν ενιαίο βαρύτερο, δημιουργώντας μια τεράστια απελευθέρωση ενέργειας.

Στην περίπτωση του Ήλιου, τα άτομα υδρογόνου στον πυρήνα του συγχωνεύονται από την τεράστια βαρυτική πίεση.

Εδώ στη Γη, διερευνώνται δύο κύριες μέθοδοι για την παραγωγή σύντηξης.

“Την πρώτη, ίσως την έχετε ακούσει στο National Ignition Facility στις ΗΠΑ”, εξήγησε ο Coblentz. “Παίρνεις ένα πολύ, πολύ μικρό κομμάτι -στο μέγεθος ενός κόκκου πιπεριού- από δύο μορφές υδρογόνου: το δευτέριο και το τρίτιο. Και τα πυροβολείς με λέιζερ. Έτσι, καταφέρνεις το ίδιο πράγμα. Συνθλίβεις την πίεση και προσθέτεις θερμότητα και παίρνεις μια έκρηξη ενέργειας, E = mc². Μια μικρή ποσότητα ύλης μετατρέπεται σε ενέργεια”.

Το έργο του ITER επικεντρώνεται στη δεύτερη πιθανή οδό: τη σύντηξη με μαγνητικό περιορισμό.

“Σε αυτή την περίπτωση, έχουμε έναν πολύ μεγάλο θάλαμο, 800 m³, και βάζουμε μια πολύ μικρή ποσότητα καυσίμου -2 έως 3 g καυσίμου, δευτέριο και τρίτιο – και το ανεβάζουμε στους 150 εκατομμύρια βαθμούς μέσω διαφόρων συστημάτων θέρμανσης”, δήλωσε ο Laban.

“Αυτή είναι η θερμοκρασία στην οποία η ταχύτητα αυτών των σωματιδίων είναι τόσο υψηλή ώστε αντί να απωθούνται μεταξύ τους με το θετικό τους φορτίο, ενώνονται και συντήκονται. Και όταν συντήκονται, εκπέμπουν ένα σωματίδιο άλφα και ένα νετρόνιο”.

Στο tokamak, τα φορτισμένα σωματίδια περιορίζονται από ένα μαγνητικό πεδίο, εκτός από τα υψηλής ενέργειας νετρόνια που διαφεύγουν και χτυπούν το τοίχωμα του θαλάμου, μεταφέρουν τη θερμότητά τους και έτσι θερμαίνουν το νερό που τρέχει πίσω από το τοίχωμα.

Θεωρητικά, η ενέργεια θα μπορούσε να αξιοποιηθεί από τον παραγόμενο ατμό που κινεί μια τουρμπίνα.

“Πρόκειται, αν θέλετε, για τον διάδοχο μιας μακράς σειράς ερευνητικών συσκευών”, εξήγησε ο Richard Pitts, ο επικεφαλής του τμήματος του επιστημονικού τμήματος του ITER.

“Ο τομέας ερευνά τη φυσική των τοκαμάκ εδώ και περίπου 70 χρόνια, από τότε που τα πρώτα πειράματα σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στη Ρωσία στις δεκαετίες του 1940 και του ’50”, πρόσθεσε.

Σύμφωνα με τον Pitts, τα πρώτα τοκαμάκ ήταν μικρές, επιτραπέζιες συσκευές.

“Στη συνέχεια, σιγά-σιγά, γίνονται όλο και μεγαλύτερα, επειδή γνωρίζουμε – από τη δουλειά μας σε αυτές τις μικρότερες συσκευές, τις μελέτες μας για την κλιμάκωση το να πηγαίνουμε από το μικρό στο μεγαλύτερο στο μεγαλύτερο – ότι για να έχουμε καθαρή ισχύ σύντηξης πρέπει να κατασκευάσουμε ένα τόσο μεγάλο θάλαμο όσο αυτός”, είπε.

Τα πλεονεκτήματα της σύντηξης

Τα πυρηνικά εργοστάσια παραγωγής ενέργειας υπάρχουν από τη δεκαετία του 1950 εκμεταλλευόμενα την αντίδραση της σχάσης, κατά την οποία το άτομο διασπάται σε έναν αντιδραστήρα, απελευθερώνοντας τεράστια ποσότητα ενέργειας κατά τη διαδικασία.

Η σχάση έχει το σαφές πλεονέκτημα ότι είναι ήδη η καθιερωμένη δοκιμασμένη μέθοδος, με περισσότερους από 400 αντιδραστήρες πυρηνικής σχάσης να λειτουργούν σήμερα παγκοσμίως.

Αλλά ενώ οι πυρηνικές καταστροφές ήταν σπάνιο φαινόμενο στην ιστορία, η καταστροφική τήξη του αντιδραστήρα 4 στο Τσερνομπίλ τον Απρίλιο του 1986 αποτελεί ισχυρή υπενθύμιση ότι ποτέ δεν είναι εντελώς ακίνδυνες.

Επιπλέον, οι αντιδραστήρες σχάσης έχουν επίσης να αντιμετωπίσουν την ασφαλή διαχείριση τεράστιων ποσοτήτων ραδιενεργών αποβλήτων, τα οποία συνήθως θάβονται βαθιά στο υπέδαφος σε γεωλογικούς αποθεσιοθαλάμους.

Αντίθετα, ο ITER σημειώνει ότι μια μονάδα σύντηξης παρόμοιας κλίμακας θα παράγει ενέργεια από πολύ μικρότερη ποσότητα χημικών, μόλις μερικά γραμμάρια υδρογόνου.

“Οι επιπτώσεις στην ασφάλεια δεν είναι καν συγκρίσιμες”, σημείωσε ο Coblentz.

“Έχετε μόνο 2 έως 3 γραμμάρια υλικού. Επιπλέον, το υλικό σε μια μονάδα σύντηξης, το δευτέριο και το τρίτιο, και το υλικό που βγαίνει, μη ραδιενεργό ήλιο και ένα νετρόνιο, αξιοποιούνται όλα. Έτσι, δεν υπάρχει περίσσευμα, ας πούμε, και το απόθεμα ραδιενεργού υλικού είναι εξαιρετικά, εξαιρετικά μικρό”, πρόσθεσε.

Οι δυσκολίες στο πρόγραμμα ITER

Η πρόκληση με τη σύντηξη, τονίζει ο Coblentz, είναι ότι αυτοί οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παραμένουν εξαιρετικά δύσκολο να κατασκευαστούν.

“Προσπαθείς να ανεβάσεις κάτι στους 150 εκατομμύρια βαθμούς. Προσπαθείς να το κάνεις στην κλίμακα που απαιτείται και ούτω καθεξής. Είναι απλά ένα δύσκολο πράγμα να γίνει”, δήλωσε.

Σίγουρα, το πρόγραμμα ITER έχει να αντιμετωπίσει την πολυπλοκότητα αυτού του γιγαντιαίου εγχειρήματος.

Το αρχικό χρονοδιάγραμμα προέβλεπε το 2025 ως ημερομηνία έναρξης ενώ το 2035 το σύστημα θα είχε τεθεί πλήρως σε λειτουργία.

Όμως, οι τεχνικές δυσκολίες και οι καθυστερήσεις που σχετίζονται με το COVID-19 οδήγησαν σε μετατόπιση του χρονοδιαγράμματος και σε αύξηση του προϋπολογισμού.

Η αρχική εκτίμηση του κόστους του έργου ήταν 5 δισεκατομμύρια ευρώ, αλλά έχει αυξηθεί σε πάνω από 20 δισεκατομμύρια ευρώ.

“Έχουμε αντιμετωπίσει προκλήσεις στο παρελθόν, απλώς και μόνο λόγω της πολυπλοκότητας και του πλήθους των πρώτων υλών για ένα πρώτο στο είδος του μηχάνημα”, εξήγησε ο Coblentz.

Μια σημαντική αποτυχία αφορούσε τις κακές ευθυγραμμίσεις στις επιφάνειες συγκόλλησης των τμημάτων του θαλάμου που κατασκευάστηκαν στη Νότια Κορέα.

“Έφτασαν με μεγάλες αποκλίσεις και πρέπει να ξαναφτιάξουμε αυτές τις άκρες”, δήλωσε ο Coblentz.

“Δεν είναι πυρηνική επιστήμη σε αυτή τη συγκεκριμένη περίπτωση. Δεν είναι καν πυρηνική φυσική. Είναι απλώς η επίτευξη απίστευτης ακρίβειας, η οποία ήταν δύσκολη”, πρόσθεσε.

Ο Coblentz λέει ότι το πρόγραμμα βρίσκεται επί του παρόντος σε μια διαδικασία επαναπροσδιορισμού, με την ελπίδα να παραμείνει όσο το δυνατόν πιο κοντά στον στόχο του 2035 για την έναρξη των εργασιών σύντηξης.

“Αντί να εστιάζουμε στις ημερομηνίες που είχαμε πριν, την πρώτη δοκιμή της μηχανής το 2025 και στη συνέχεια μια σειρά τεσσάρων σταδίων για να φτάσουμε σε ισχύ σύντηξης αρχικά το 2035, θα παραλείψουμε απλώς το πρώτο βήμα. Θα φροντίσουμε να γίνουν αυτές οι δοκιμές με άλλο τρόπο, ώστε να μπορέσουμε να τηρήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο αυτή την ημερομηνία”, δήλωσε.

Διεθνής συνεργασία

Όσον αφορά τις διεθνείς συνεργασίες, ο ITER είναι κάτι σαν μονόκερος με τον τρόπο με τον οποίο έχει αντέξει στους αντίθετους «ανέμους» των γεωπολιτικών εντάσεων μεταξύ πολλών από τα έθνη που συμμετέχουν στο έργο.

“Οι χώρες αυτές δεν είναι προφανώς πάντα ιδεολογικά ευθυγραμμισμένες. Αν κοιτάξετε τις χαρακτηριστικές σημαίες στο εργοτάξιο της Alphabet, η κινεζική  ανεμίζει δίπλα στην ευρωπαϊκή, η ρωσική δίπλα σε αυτή των ΗΠΑ”, σημείωσε ο Coblentz.

“Για να αναλάβουν αυτές οι χώρες μια 40ετή δέσμευση να συνεργαστούν, δεν υπήρχε καμία βεβαιότητα. Ποτέ δεν θα υπάρξει βεβαιότητα ότι δεν επρόκειτο να υπάρξουν κάποιες συγκρούσεις”.

Ο Coblentz αποδίδει τη σχετική υγεία του έργου στο γεγονός ότι το να τεθεί σε λειτουργία η πυρηνική σύντηξη είναι ένα κοινό όνειρο γενεών.

“Αυτό είναι που ενώνει αυτή τη δύναμη. Και είναι ο λόγος για τον οποίο έχει επιβιώσει από τις τρέχουσες κυρώσεις που επιβάλλει η Ευρώπη και άλλοι στη Ρωσία στην τρέχουσα κατάσταση με την Ουκρανία”, πρόσθεσε.

Κλιματική αλλαγή και καθαρή ενέργεια

Δεδομένης της κλίμακας της πρόκλησης που θέτει η κλιματική αλλαγή, δεν είναι περίεργο που οι επιστήμονες αγωνίζονται να βρουν μια πηγή ενέργειας χωρίς άνθρακα για να τροφοδοτήσουν τον κόσμο μας.

Όμως, η άφθονη παροχή ενέργειας από τη σύντηξη απέχει ακόμη πολύ και ακόμη και ο ITER παραδέχεται ότι το έργο του αποτελεί τη μακροπρόθεσμη απάντηση στις ενεργειακές ανησυχίες.

Απαντώντας στην άποψη ότι η σύντηξη θα έρθει πολύ αργά για να συμβάλει στην καταπολέμηση της κλιματικής κρίσης με ουσιαστικό τρόπο, ο Coblentz υποστηρίζει ότι η ενέργεια σύντηξης θα μπορούσε να διαδραματίσει έναν ρόλο στο απώτερο μέλλον.

“Αν όντως έχουμε άνοδο της στάθμης της θάλασσας σε βαθμό που να αρχίσουμε να χρειαζόμαστε τη μετακίνηση ολόκληρων πόλεων, αν αρχίσουμε να βλέπουμε ενεργειακές προκλήσεις σε αυτή την κλίμακα, γίνεται πραγματικά προφανής η απάντηση στην ερώτησή σας”, δήλωσε.

“Όσο περισσότερο περιμένουμε να έρθει η σύντηξη, τόσο περισσότερο την χρειαζόμαστε. Έτσι, το έξυπνο είναι να έρθει εδώ το συντομότερο δυνατό”.