28 Ιουνίου 2011 Πυρηνική σύντηξη Επιστήμες / Πυρηνική Φυσική - Πυρηνική Ενέργεια Αθανάσιος Κ. Γεράνιος, Υφηγητής Αν. Καθηγητής Πανεπιστημίου Αθηνών Οι ελπίδες ότι θα δοθεί ένα τέλος στο ενεργειακό πρόβλημα είναι πια βάσιμες. Τις τελευταίες δεκαετίες μία μεγάλη ανακάλυψη, πού αντιγράφει τον τρόπο παροχής ενέργειας του Ηλίου στο διάστημα και δηλώνει μία διαφορετική μορφή πυρηνικής ενέργειας, βρίσκεται στον δρόμο της πειραματικής εφαρμογής της.
Πυρηνική σύντηξη: Οι πυρήνες του δευτέριου και το τρίτιου ενώνονται (συντήκονται) για να δώσουν έναν πυρήνα ηλίου και ένα νετρόνιο. Η σχετικά μεγάλη ενέργεια του νετρονίου θα πρέπει να μετατραπεί σε θερμική ώστε να προκαλέσει την ατμοποίηση κάποιου υγρού (π.χ. νερό). Ο ατμός θα περιστρέψει τους ατμοστροβίλους και αυτοί με την σειρά τους τις ηλεκτρογεννήτριες.
Η ιστορία έχει καταγράψει ότι, συχνά, τα αποτελέσματα της έρευνας κάθε άλλο παρά έδειξαν στον άνθρωπο τον προορισμό του και κάθε άλλο παρά μόνο προς όφελος της ανθρωπότητας χρησιμοποιήθηκαν. Το γεγονός αυτό έχει επαληθευθεί στο παρελθόν, αν αναλογιστούμε την ανακάλυψη της πυρηνικής ενέργειας και τις προσδοκώμενες ευεργετικές για την ανθρωπότητα δυνατότητές της που καλύπτονται από τα μεγάλα εγκλήματα του Β Παγκοσμίου Πολέμου. Και εδώ εννοούμε την ρίψη των πυρηνικών βομβών κατά αμάχων στην Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι. Στην πρόσφατη ιστορία, ο πυρηνικός αντιδραστήρας, οι πυρηνικές δοκιμές, η επιβολή των δυνατών και η εγκληματική χρήση πυρηνικών όπλων βασίστηκαν, δυστυχώς, πάνω στην ανακάλυψή της. Πριν από τέσσερις δεκαετίες μία μεγάλη ανακάλυψη, που σφραγίζει μία διαφορετική μορφή πυρηνικής ενέργειας, βρίσκεται σ έναν αισιόδοξο δρόμο της εφαρμογής της και προσδοκάται με την χρήση της να δοθεί ένα τέλος στο ενεργειακό πρόβλημα. Τι είναι σύντηξη Η ιδέα ξεκίνησε χωριστά από δυό φυσικούς της εποχής του 1950, τον Ρώσο Arzimovich και τον Αμερικανό Spitzer. Οι δυο αυτοί φυσικοί κατασκεύασαν δυο πειραματικές συσκευές, που τις ονόμασαν αντίστοιχα Tokamak και Stellator. Ήσαν
όμως πανομοιότυπες μεταξύ τους και λειτουργούν με βάση την γνωστή εξίσωση του Αϊνστάιν (E=m.c2), μετατρέποντας την μάζα σε ενέργεια. Η διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται με την βίαιη προώθηση δυο ελαφρών πυρήνων, έτσι ώστε να ενωθούν και να σχηματίσουν έναν τρίτο βαρύτερο πυρήνα. Από την βίαιη αυτή διαδικασία δημιουργείται μία σχετικά μεγάλη ενέργεια. Την μεθοδολογία αυτή την ονομάζουμε σύντηξη. Για να μπορέσει κανείς ν αντιληφθεί καλύτερα πώς παράγεται αυτή η ενέργεια και πώς ορίζεται η ποσότητά της, ας υποθέσουμε ότι έχουμε τους δυο πυρήνες (δευτέριο και τρίτιο) που ενώνονται για να σχηματίσουν τον τρίτο πυρήνα, και τους ζυγίζουμε πριν από την ένωσή τους. Μετά την ένωση, ο τρίτος πυρήνας (ήλιο) που θα σχηματιστεί από αυτούς τους δυο, δεν θα ζυγίζει όσο το άθροισμα των δύο προηγούμενων, αλλά λιγότερο. Αυτή η διαφορά βάρους δημιουργεί την ενέργεια. Όσο περισσότερη μάζα φαίνεται ότι «χάνεται», τόσο μεγαλύτερη ενέργεια παράγεται. Στην ουσία έχουμε μετατροπή της μάζας (ύλης) σε ενέργεια. Η σχετική εικόνα που παραθέτουμε δείχνει την σύντηξη δευτέριου με τρίτιο σε ήλιο με ταυτόχρονη εκπομπή σωματιδίου -α και νετρονίου. Από το σύνολο των ενεργειών τους (17,6 MeV) παίρνουμε την πολύτιμη ενέργεια. Η εφαρμογή Ανέκαθεν ο άνθρωπος παρακολουθούσε, μελετούσε και αντέγραφε τις λειτουργίες της φύσης για να πειραματιστεί ο ίδιος και να δημιουργήσει. Η διαδικασία της σύντηξης είναι και αυτή μία αντιγραφή της φύσης που χαρακτηρίζει τον τρόπο λειτουργίας του Ηλίου. Ο Ήλιος εκπέμπει την θερμότητα και το φως του, με την διαδικασία της σύντηξης, η οποία πραγματοποιείται συνεχώς στο κέντρο του. Είναι ασύλληπτο για τον ανθρώπινο νου το μέγεθος των πιέσεων που προκαλούνται στο κέντρο του Ηλίου, για να μπορέσουν να ενωθούν οι ελαφροί πυρήνες και να δώσουν βαρύτερους, και αυτοί με την σειρά τους να δώσουν την απαιτούμενη ενέργεια, ώστε να φωτίζει και να ζεσταίνει αποστάσεις όπως αυτή στην οποία βρίσκεται η Γη (150.000.000 χιλιόμετρα). Μια δεύτερη αντιγραφή σ αυτό το πείραμα του ανθρώπου από τους νόμους της φύσης είναι η δημιουργία πλάσματος. Το πλάσμα είναι μία κατάσταση της ύλης μη συμβατή με τις μέχρι τώρα γνώριμες σ εμάς καταστάσεις. Δεν είναι ούτε στερεή ούτε υγρή ούτε αέρια. Γι αυτό ονομάζεται και τέταρτη κατάσταση της ύλης. Το 99% του Σύμπαντος βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Ο πλανήτης μας, η Γή, συμπεριλαμβάνεται στο 1% του Σύμπαντος που δεν είναι πλάσμα. Δεν γνωρίζουμε αν είμαστε τυχεροί ή άτυχοι γι αυτό. Στα εργαστήρια, λοιπόν, αντέγραψαν αυτή την διαφορετική κατάσταση της ύλης, το πλάσμα, έτσι ώστε στην συνέχεια, με την δημιουργία μεγάλων πιέσεων που απαιτούνται για την
σύντηξη να μπορέσουν να την πετύχουν. Για την αύξηση της πίεσης χρησιμοποιούν έναν ισχυρό μαγνήτη, μερικά εκατομμύρια φορές ισχυρότερο απ αυτόν του μαγνητικού πεδίου της Γης. Κι εδώ, αντιγραφή της φύσης έχουμε. Μέσα στον μαγνήτη, τα άτομα προετοιμάζονται για την συνένωσή τους, αποβάλλοντας τα ηλεκτρόνιά τους. Η σημασία της Αυτής της μορφής η ενέργεια είναι σπουδαιότατη, γιατί προσφέρει μόνο θετικές εφαρμογές στην ανθρωπότητα: 1. Η πρώτη ύλη (το υδρογόνο, δευτέριο, τρίτιο) βρίσκεται άφθονη παντού στην Γή και είναι ανεξάντλητη, αφού το υδρογόνο είναι κύριο συστατικό του νερού. Έτσι, σε αντιδιαστολή με το ουράνιο, ή παλαιότερα το πετρέλαιο, δεν θα υπάρξει αιτία τουλάχιστον για στρατηγικό έλεγχο περιοχών, όπως γίνεται σήμερα. 2. Σημαντικότατο επίσης στοιχείο είναι η καθαρότητα των προϊόντων που δεν αποτελούν πυρηνικά απόβλητα και έτσι δεν θα δημιουργείται ραδιενεργός μόλυνση του περιβάλλοντος. 3. Οι πρώτες ύλες και τα παράγωγά τους επιπλέον δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για καταστρεπτικούς σκοπούς και κατασκευή όπλων. Οι προοπτικές Βέβαια, για να υλοποιηθούν όλα τα στάδια της έρευνας, ώστε να φτάσουμε στο τελικό αποτέλεσμα, πρέπει να βρεθεί ο τρόπος με τον οποίο θα μετατρέψουμε την αστείρευτη αυτή ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα ακόμη ζητούμενο είναι με ποιόν τρόπο θα αυξηθεί ο χρόνος συνεχούς λειτουργίας του εργοστασίου σύντηξης, που σήμερα διαρκεί μόλις λίγα δευτερόλεπτα. Επίσης υπάρχει το πρόβλημα του κόστους κατασκευής των σταθμών πυρηνικής σύντηξης που με τα σημερινά δεδομένα είναι πολύ υψηλό. Έτσι, η κατασκευή ενός εργοστασίου παραγωγής ενέργειας με πυρηνική σύντηξη είναι ακόμη πολύ δαπανηρή και ελάχιστες χώρες θα έχουν την δυνατότητα να την υλοποιήσουν. Τα μεγαλύτερα προγράμματα πειραμάτων σύντηξης γίνονται σήμερα από την Ε.Ε., τις ΗΠΑ, την Ρωσία και την Ιαπωνία. Πρόσφατα, η Γαλλία «κέρδισε» την υποψηφιότητά της να κατασκευαστεί εκ μέρους της Ε.Ε. ένας πειραματικός σταθμός σύντηξης, ο οποίος θα αναδείξει την εφαρμογή της πυρηνικής σύντηξης, όχι στα πυρηνικά όπλα, αλλά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το παρόν άρθρο δημοσιεύθηκε στο τεύχος 22 της έντυπης Πεμπτουσίας (Δεκ. 2006
Μαρ. 2007) http://bit.ly/1cjgcpq