Γρηγόρης ΠαπουτσήςΤου Γρηγόρη Παπουτσή

O Ήλιος εδώ και 4,5 δις χρόνια μας προσφέρει φως και θερμότητα. Πιο συγκεκριμένα, μετατρέπει μέρος της μάζας του σε ενέργεια με ρυθμό που διατύπωσε ο Αϊνστάιν στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πυρηνική σύντηξη και πραγματοποιείται με τη θέρμανση αερίου στους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου με τη βοήθεια τεράστιων βαρυτικών δυνάμεων.

Τα ποσά της ενέργειας που απελευθερώνονται σε μία διαδικασία όπου από ελαφρείς πυρήνες προκύπτουν βαρύτεροι είναι τεράστια! Από το 1920 έχει ξεκινήσει η προσπάθεια μίας ελεγχόμενης σύντηξης πάνω στη Γη, στην οποία στη συνέχεια θα μπορεί να μετατραπεί η ενέργεια σε «καθαρό» ηλεκτρισμό και να καλύψει τις ανάγκες του πλανήτη για εκατομμύρια χρόνια.

Πυρηνική σύντηξη

Πώς μπορεί να εφαρμοστεί στη Γη

 Για να γίνει πραγματικότητα, χώρες έχουν ενώσει τις προσπάθειές τους σε ένα τεράστιο εγχείρημα, ονόματι ITER. Σκοπός είναι ισότοπα του υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο) να συνενωθούν στους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου! Είναι θερμοκρασία δεκαπλάσια από αυτήν που συναντάμε στον πυρήνα του Ήλιου αφού οι βαρυτικές δυνάμεις εδώ είναι ασθενέστερες και το αέριο συμπιέζεται διαφορετικά.

Στο ITER συμμετέχουν 35 χώρες και αυτή τη στιγμή βρίσκεται υπό κατασκευή ένας μεγάλος αντιδραστήρας δοκιμών στη Νότια Γαλλία. Στόχος είναι να αρχίσει το 2025 η λειτουργία του εγχειρήματος που θα απαντήσει στην πράξη κατά πόσο είναι τεχνολογικά εφικτή η ελεγχόμενη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με πυρηνική σύντηξη.

Έως τώρα, η πιο κοντινή προσέγγιση στη σύντηξη περιλαμβάνει έναν θάλαμο κενού σχήματος ντόνατ, το Tokamak στη Κίνα. Το αέριο υδρογόνου θερμαίνεται στους 100 εκατ. βαθμούς Κελσίου και γίνεται πλάσμα για 102 δευτερόλεπτα! Η κίνηση του πλάσματος δεν περιορίζεται από τοιχώματα αλλά από ισχυρούς μαγνήτες το περιορίζουν και το κατευθύνουν μέχρι να επιτευχθεί σύντηξη. Τι καθιστά όμως την επιτυχία του εγχειρήματος τόσο σημαντική;

Πυρηνική σύντηξη1

Τα οφέλη της

Υπάρχουν κάποια στοιχεία στη διαδικασία της σύντηξης που τη καθιστούν ένα ιδιαίτερα ελκυστικό σενάριο για το μέλλον του πλανήτη.

  • To καύσιμο που χρησιμοποιείται είναι το υδρογόνο, το οποίο υπάρχει σε αφθονία στη φύση. Μπορούμε να το βρούμε στις θάλασσες, τα ποτάμια και στις λίμνες και είναι αρκετό για εκατομμύρια χρόνια αν σκεφτούμε πως μόλις 2 κυβικά χιλιόμετρα νερού θα μπορούσαν θεωρητικά να παρέχουν ενέργεια ισοδύναμη με όλα τα αποθέματα πετρελαίου στη Γη.
  • Είναι φιλική στο περιβάλλον αφού δεν εκπέμπει άνθρακα στην ατμόσφαιρα και δεν επιδεινώνει την κλιματική αλλαγή. Τα ραδιενεργά απόβλητα που παράγονται από την διαδικασία δεν είναι αμελητέα, αλλά ο κύκλος ζωής τους είναι πολύ μικρός. Συγκεκριμένα, έχουν κύκλο ζωής μερικές εκατοντάδες χρόνια που αν συγκριθούν με τα εκατομμύρια χρόνια μίας πυρηνικής διάσπασης τα καθιστούν ευκολότερα διαχειρίσιμα.
  • Τέλος, σε περίπτωση που προκύψει κάποιο πρόβλημα η πυρηνική σύντηξη μπορεί να σταματήσει πολύ εύκολα, σε αντίθεση με την πυρηνική διάσπαση που αν επιχειρηθεί να σταματήσει η διαδικασία πολλοί τόνοι πυρηνικών καυσίμων συνεχίζουν να εκλύουν ραδιενέργεια. Επιπλέον ο χώρος που χρειάζεται για μία τέτοια διαδικασία είναι ελάχιστος και επομένως απίστευτα διαχειρίσιμος.

Εμπόδια

  • Θα πίστευε κανείς πώς το να καταφέρουμε να φτάσουμε σε 150 εκατομμύρια βαθμούς κελσίου θα ήταν το μεγαλύτερο πρόβλημα της έρευνας. Όσο απίστευτο και να ακούγεται όμως έχουμε πλησιάσει αρκετά! Το πρόβλημα βρίσκεται στο γεγονός πως σε τόσο μεγάλες θερμοκρασίες η ύλη συμπεριφέρεται με έναν άγνωστο τρόπο αφού μετατρέπεται σε μία τέταρτη μορφή(στερεά, υγρή, αέρια οι υπόλοιπες), που είναι το πλάσμα. Η Φυσική του πλάσματος όμως μας είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστη!
  • Mη ελεγχόμενες πυρηνικές συντήξεις έχουν πραγματοποιηθεί επιτυχώς με τις βόμβες υδρογόνου, όμως μόνο αν η σύντηξη είναι ελεγχόμενη μπορεί να καταστεί εκμεταλλεύσιμη πηγή ενέργειας. Χρειάζονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλη πυκνότητα και μεγάλο χρονικό διάστημα συντήρησης του πλάσματος για την ελεγχόμενη διαδικασία θερμοπυρηνικής σύντηξης.
  • Το κόστος του πρότζεκτ παραμένει ένα τεράστιο ζήτημα καθώς υπολογίζεται πως θα ξεπεράσει τα 20 δις δολάρια. Φυσικά το αρχικό κόστος ίσως και να δικαιολογεί την επένδυση αν σκεφτεί κανείς τα ποσά της ενέργεια που μπορούν να απελευθερωθούν από μία τέτοια διαδικασία.

Ο αντίλογος

Για την ώρα στο επίπεδο της έρευνας η σύντηξη που έχει επιτευχθεί προσδίδει λίγο μεγαλύτερο ποσό ενέργειας από το αρχικό που προσφέρουμε, όμως λόγω του μεγάλου κόστους δεν καθίσταται εμπορεύσιμο. Εξάλλου δεν έχουμε φτάσει σε μία ελεγχόμενη σύντηξη στα επίπεδα των θερμοκρασιών που απαιτείται.

Η Green Peace έχει μοιραστεί τον προβληματισμό της σχετικά με τις πιθανότητες επιτυχίας του εγχειρήματος και για το αν αξίζει το ρίσκο αναλογικά με τα οικονομικά μεγέθη που απαιτούνται. Υποστηρίζει πως θα έπρεπε εδώ και χρόνια να στραφούμε σε ανανεώσιμες μορφές ενέργειας για να λυθεί το πρόβλημα. Άλλωστε το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο χρειάστηκε για να σχηματιστούν μία διεργασία δισεκατομμυρίων ετών, επομένως άμα συνεχιστεί η έως τώρα διαχείριση τους θα εξαντληθεί κάθε απόθεμα μέσα σε λίγες δεκαετίες. Επομένως, θα έπρεπε άμεσα να στραφούμε στη νέα μορφή ενέργειας.

Όπως και να έχει η σημασία του εγχειρήματος για το μέλλον της ανθρωπότητας και του ίδιου του πλανήτη είναι ιδιαίτερα σημαντική. Δυστυχώς τέτοιου είδους προγράμματα δεν προβάλλονται αρκετά, με το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού να αγνοεί τη σημασία της μετάβασης σε μία νέα εποχή ενέργειας. Η μάχη που δίνεται είναι συνεχής και θα πρέπει σύντομα η ανθρωπότητα να βρει τον τρόπο να απαγκιστρωθεί από τη χρήση ορυκτών καυσίμων με τον έναν ή τον άλλον τρόπο.

Βιβλιογραφία

  • https://www.iter.org/proj/inafewlines
  • Maddie Stone,27 May 2016, The Real Problem With Fusion Energy
  • Rosamond Hutt, 14 May 2019, Scientists just got closer to making nuclear fusion work
  • Nick Lavars, 14 November 2019, Building to house world’s largest tokamak fusion reactor now complete

Παπουτσής Γρηγόρης*
Απόφοιτος του τμήματος Φυσικής Ιωαννίνων με εξειδίκευση στη φιλοσοφία των μαθηματικών από το ΕΚΠΑ.
Επικοινωνία: dipoloeducation@gmail.com, 6981613616

Ακολουθήστε την επίσημη σελίδα μας στο facebook schooltime για να βλέπετε τις σημαντικότερες ειδήσεις στη ροή του schooltime.gr

Ακολουθήστε μας στο facebook