Ενέργεια: Άρχισε η συναρμολόγηση του μεγαλύτερου αντιδραστήρα σύντηξης

• Μια μέθοδος παραγωγής ενέργειας που μπορεί να είναι ατελείωτη και άφθονη όσο ο ήλιος!

Σχεδόν 70 χρόνια τώρα, γενιές επιστημόνων προσπαθούν να δώσουν λύση σε ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα: Πώς μπορούμε να ανάψουμε και να διαχειριστούμε μικρούς ήλιους πάνω στη Γη, δηλαδή πώς μπορούμε να αξιοποιήσουμε για ειρηνικούς σκοπούς τη θερμοπυρηνική ενέργεια στην οποία οφείλεται η ηλιακή ακτινοβολία. Αν μπορούσε να τιθασευτεί αυτή η Ενέργεια, τότε ίσως θα υπήρχε πολλή, σχεδόν αιώνια διαθέσιμη Ενέργεια για όλους τους λαούς και τους ανθρώπους πάνω στη Γη. Θα απέμενε, βέβαια, να απαλλαγούν από το σημερινό ξεπερασμένο σύστημα οργάνωσης της παραγωγής και της κοινωνίας, που με βεβαιότητα θα φροντίσει και αυτή η άπλετη Ενέργεια να μη φτάνει για όλους και να είναι ακριβή, όπως αυτή που παράγεται σήμερα από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, αυτή που παραγόταν χτες από ορυκτά καύσιμα κ.ο.κ.

Στις δεκαετίες αυτές έγιναν από αρκετές χώρες πολλές προσπάθειες κατασκευής πειραματικών αντιδραστήρων σύντηξης, ορισμένοι από τους οποίους είναι ακόμη σε λειτουργική κατάσταση. Από τη λειτουργία αυτών των αντιδραστήρων βγήκαν συμπεράσματα ως προς τη βέλτιστη τεχνολογία (αποδείχθηκε ότι είναι ο σοβιετικός αντιδραστήρας τύπου «Τόκαμακ»*) και το μέγεθος που χρειάζεται να έχει ένας παραγωγικός αντιδραστήρας. Ο Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας (ITER) είναι η μεγαλύτερη και πιο φιλόδοξη προσπάθεια μέχρι σήμερα για να επιτευχθεί η συνένωση δύο ατόμων σε ένα, με αποδοτικό τρόπο (η παραγόμενη Ενέργεια να είναι μεγαλύτερη από αυτήν που καταναλώνεται για τη λειτουργία του). Το έργο, αξίας 25 δισεκατομμυρίων δολαρίων, κατασκευάζεται στο Σεν Πολ λε Ντουράνς της Γαλλίας και αποτελεί κοινή προσπάθεια της Ευρωπαϊκής Ενωσης, της Κίνας, της Ινδίας, της Ιαπωνίας, της Νότιας Κορέας, της Ρωσίας και των ΗΠΑ.

 Το πάνω μέρος του θαλάμου «Τόκαμακ»

Αυτός ο αντιδραστήρας – πιλότος για το μέλλον της θερμοπυρηνικής ενέργειας αντιμετώπισε πολλαπλές καθυστερήσεις (κυρίως εξαιτίας υποχωρήσεων στη χρηματοδότησή του από τις ΗΠΑ), αλλά και μεγάλες υπερβάσεις του προϋπολογισμού του. Μερικοί συνεχίζουν να υποστηρίζουν ότι είναι πεταμένα λεφτά, αφού δεν θα μπορεί ούτε καν να λειτουργήσει κανονικά ως σταθμός παραγωγής. Μέσα από αυτήν τη διαδρομή, ο ITER κατάφερε τον περασμένο Ιούλη να φτάσει στο κρίσιμο ορόσημο της συναρμολόγησης, όπου τμήματα κατασκευασμένα στις συμμετέχουσες χώρες με μεγάλη ακρίβεια (πολύ μικρές ανοχές στις διαστάσεις και σε άλλα τεχνικά χαρακτηριστικά τους) πρέπει τώρα να συνδεθούν σε ένα λειτουργικό όλο.

Οι εγκαταστάσεις του ITER είναι εκτεταμένες και περιλαμβάνουν πολλά και πολύπλοκα βοηθητικά υποσυστήματα. Ομως καρδιά του πειράματος είναι ένας κύλινδρος βάρους 23.000 τόνων (!), όπου ισχυρότατοι υπεραγώγιμοι ηλεκτρομαγνήτες θα προσπαθήσουν να συγκρατήσουν το πλάσμα (τέταρτη κατάσταση της ύλης) θερμοκρασίας 150 εκατομμυρίων βαθμών μακριά από τα τοιχώματα (ώστε να μη λιώσουν) και για αρκετό χρόνο ώστε να αρχίσει η σύντηξη των πυρήνων υδρογόνου μέσα σ’ αυτό και να συντηρηθεί όσο γίνεται περισσότερο. Συγκεκριμένα, δύο ισότοπα του υδρογόνου, το δευτέριο και το τρίτιο, θα συγκρούονται με τέτοια ταχύτητα (λόγω της πολύ υψηλής θερμοκρασίας) που οι πυρήνες τους θα συγκολλούνται, δημιουργώντας έναν πυρήνα ατόμου ηλίου. Η μικρή διαφορά μάζας του τελικού πυρήνα από το άθροισμα μαζών των δύο αρχικών θα μετατρέπεται σε Ενέργεια, με βάση τη διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν: E=mc2.

Ο αντιδραστήρας ITER θα περιλαμβάνει ένα από τα πιο θερμά σημεία στο σύμπαν – τον θάλαμο κενού με το πλάσμα των 150 εκατομμυρίων βαθμών – και ένα από τα πιο ψυχρά, καθώς οι μαγνήτες που θα το περιορίζουν, ώστε να μην έρχεται σε επαφή με τα τοιχώματα, θα πρέπει να διατηρούνται σε θερμοκρασία -269 βαθμών Κελσίου. Τις δύο πλευρές θα χωρίζει μια ατσάλινη «κουβέρτα» επικαλυμμένη με βηρύλιο, που θα προσδεθεί στα σημεία, που καλύπτονται με κίτρινα πώματα, για να μην μπει σκόνη.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι θα μπορέσουν να πατήσουν το κουμπί έναρξης λειτουργίας του αντιδραστήρα το 2025, με απώτερο στόχο να φτάσουν στο μέγιστο της παραγόμενης Ενέργειας το 2035. Αν το πείραμα πετύχει, θα έχει γίνει εφικτή η παραγωγή πολύ περισσότερης Ενέργειας από όση θα μπορούσαν να δώσουν ποτέ το κάρβουνο, το πετρέλαιο, ακόμα και η πυρηνική σχάση, που χρησιμοποιείται στους σημερινούς πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Επιπλέον, η σύντηξη δεν παράγει ούτε αέρια του θερμοκηπίου, ούτε ραδιενεργά κατάλοιπα (αν εξαιρέσουμε το ελαφρώς ραδιενεργό κέλυφος του αντιδραστήρα, όταν αυτός ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής του). Τα επόμενα 3-4 χρόνια θα δείξουν αν ο στόχος έναρξης το 2025 είναι ρεαλιστικός.

Το πλέγμα μαγνητών που θα συγκρατεί το υπέρθερμο πλάσμα θα αποτελείται από έξι δακτυλιοειδείς υπεραγώγιμους πολοειδείς μαγνήτες σαν αυτόν, που θα τοποθετηθούν ο ένας πάνω στον άλλο σε οριζόντια διάταξη. Αλλοι 18 δακτυλιοειδείς μαγνήτες θα περιβάλλουν τη μηχανή κάθετα και ένας μεγάλος κεντρικός σωληνοειδής μαγνήτης θα βρίσκεται στο κέντρο, σχηματίζοντας το μεγαλύτερο σύμπλεγμα υπεραγώγιμων μαγνητών που έχει κατασκευαστεί ποτέ

Κατασκευασμένοι από κράμα νιοβίου – ψευδαργύρου και νιοβίου – τιτανίου, οι πολοειδείς μαγνήτες είναι τα μόνα εξαρτήματα του ITER που κατασκευάζονται επιτόπου στις εγκαταστάσεις του. Με διαμέτρους από 17 έως 24 μέτρα και ζυγίζοντας μέχρι 400 τόνους ο καθένας, είναι πολύ μεγάλοι για να κατασκευαστούν αλλού και να μεταφερθούν.

(*) «Τόκαμακ» είναι ρωσικό αρκτικόλεξο που σημαίνει «δακτυλιοειδής θάλαμος με μαγνητικά πηνία», ένα σχέδιο που αναπτύχθηκε το 1957 από τον Σοβιετικό φυσικό Ιγκόρ Γκολόβιν. Ο «Τόκαμακ» του ITER θα είναι διπλάσιου μεγέθους από τον μεγαλύτερο που υπάρχει σήμερα σε λειτουργία

 

 

Επιμέλεια:

Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ

Πηγή: «Scientific American»

Από τον Ριζοσπάστη, 25-27/12/2020

 

Β