Από την δεκαετία του 1960, οι επιστήμονες έρχονται αντιμέτωποι με μία από τις δυσκολότερες προκλήσεις της φυσικής που αφορά την δημιουργία ενέργειας, με τον τρόπο που ο Ήλιος παράγει μόνος του την ενέργειά του.

Όμως, πριν λίγες μέρες οι ερευνητές ανακοίνωσαν ένα «ορόσημο» αυτών των προσπαθειών τους. Για πρώτη φορά, ένας αντιδραστήρας σύντηξης παρήγαγε περισσότερη ενέργεια από αυτή που χρησιμοποιήθηκε για την ενεργοποίηση της αντίδρασης παράγωντας «πυρηνική σύντηξη».

Συγκεκριμένα, στις 5 Δεκεμβρίου, μια συστοιχία λέιζερ στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF), μέρος του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια, εκτόξευσε ενέργεια 2,05 megajoules σε έναν μικροσκοπικό κύλινδρο που περιείχε ένα σφαιρίδιο παγωμένου δευτέριου και τριτίου. Το σφαιρίδιο συμπιέστηκε και δημιούργησε θερμοκρασίες και πιέσεις αρκετά έντονες ώστε να προκαλέσουν τη σύντηξη του υδρογόνου στο εσωτερικό του. Σε μια μικροσκοπική φλόγα που διήρκεσε λιγότερο από ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, οι πυρήνες των ατόμων που συντήχθηκαν απελευθέρωσαν 3,15 megajoules ενέργειας – περίπου 50% περισσότερη από όση είχε χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του σφαιριδίου.

Πώς, όμως, λειτουργεί η πυρηνική σύντηξη;

Όταν δύο άτομα ενός ελαφρού στοιχείου, όπως το υδρογόνο, θερμαίνονται και συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο στοιχείο, όπως το ήλιο, η πυρηνική αντίδραση παράγει τεράστια ποσά ενέργειας που μπορούν να συλλεχθούν. Αλλά το να χρησιμοποιηθούν δύο πανομοιότυπα στοιχεία είναι πραγματικά δύσκολο, καθώς έχουν το ίδιο θετικό φορτίο και, φυσικά, απωθούνται μεταξύ τους. Έτσι, χρειάζεται πολλή περισσότερη ενέργεια για να ξεπεραστεί αυτή η αντίσταση.

Στον Ήλιο, αυτό συμβαίνει χάρη στις εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες [περίπου δέκα εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου] και στη εξαιρετική μεγάλη πίεση [100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από εκείνη της γήινης ατμόσφαιρας]. Στη Γη, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει διάφορες τεχνικές για να αναπαραστήσουν αυτές τις συνθήκες, αλλά μέχρι πριν λίγο διάστημα, οι προσπάθειές τους είχαν καταλήξει στο κενό. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί πως είναι πολύ δύσκολο να διατηρηθεί για ένα ικανοποιητικό χρονικό διάστημα αυτή η υψηλή θερμοκρασία και πίεση που απαιτείται.

Η «φλόγα» ενέργειας που άναψε στο εργαστήριο της NIF μπορεί να έσβησε γρήγορα, ωστόσο, η σπουδαιότητα του πετυχημένου πειράματος είναι πολύ μεγαλύτερη από τον χρόνο που η πυρηνική σύντηξη ήταν ενεργή. Το «καθαρό κέδρος» ενέργειας που δημιούργησαν οι επιστήμονες είναι «ένα από τα πιο εντυπωσιακά επιστημονικά κατορθώματα του 21ου αιώνα», δήλωσε η υπουργός Ενέργειας των ΗΠΑ Jennifer Granholm σε ενημέρωση των μέσων ενημέρωσης στην Ουάσινγκτον. Με την επίτευξη του επιστημονικού «νεκρού σημείου», όπως το ονομάζουν οι ερευνητές, απέδειξαν ότι μπορούν να πετύχουν «ανάφλεξη», δηλαδή, μια κατάσταση της ύλης που μπορεί εύκολα να διατηρήσει μια αντίδραση σύντηξης.

Η δυνατότητα λεπτομερούς μελέτης των συνθηκών ανάφλεξης «θα αλλάξει ολόκληρο το πεδίο της θερμοπυρηνικής σύντηξης», λέει ο Johan Frenje, φυσικός πλάσματος του MIT, το εργαστήριο του οποίου συνέβαλε στην επίτευξη του ρεκόρ του NIF.

Τι οφέλη, όμως, θα έχει για τον «πραγματικό κόσμο» αυτή η επιστημονική ανακάλυψη;

Παρόλο το επίτευγμα, η σύντηξη δεν είναι μία βιώσιμη πηγή ενέργειας – προς το παρόν. Ενώ η αντίδραση του NIF παρήγαγε περισσότερη ενέργεια από αυτήν που χρησιμοποίησε ο αντιδραστήρας για να θερμάνει τους ατομικούς πυρήνες, δεν παρήγαγε περισσότερη από τη συνολική κατανάλωση ενέργειας του αντιδραστήρα και το ερευνητικό πρόγραμμα κόστισε δισεκατομμύρια δολάρια.

Κανείς όμως δεν μπορεί να μην αναγνωρίσει την αξία μιας τέτοιας επιστημονικής εξέλιξης, καθώς μετά από δεκαετίες προσπαθειών, οι επιστήμονες έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την ενέργεια σύντηξης. «Μοιάζει με επιστημονική φαντασία, αλλά τα κατάφεραν και είναι φανταστικό αυτό που έκαναν», λέει ο Ambrogio Fasoli, φυσικός σύντηξης στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Λωζάνη.

Οι φυσικοί ενθουσιάστηκαν με τα αποτελέσματα των ΗΠΑ χαρακτηρίζοντάς τα ως «μια πραγματικά επαναστατική στιγμή», όμως, επισήμαναν ότι «απαιτείται πολύ περισσότερη δουλειά προτού η πυρηνική σύντηξη χρησιμοποιηθεί για την ηλεκτροδότηση σπιτιών ή επιχειρήσεων». Γι’ αυτό και τα επόμενα χρόνια, οι επιστήμονες θα επικεντρωθούν στην ταχύτερη και φθηνότερη αναπαραγωγή της σύντηξης.

Ο Riccardo Betti, φυσικός του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ, λέει ότι ένας αντιδραστήρας σαν αυτόν του NIF «θα πρέπει να παράγει 50 έως 100 φορές περισσότερη ενέργεια από όση εκπέμπουν τα λέιζερ του για να καλύψει τη δική του ενεργειακή χρήση και να διοχετεύσει ενέργεια στο δίκτυο». Αλλά οι περισσότερες από αυτές τις προκλήσεις δεν είναι μοναδικές για τον NIF, τα πολλά εργαστήρια και τις εταιρείες σύντηξης που υπάρχουν.

Πέρυσι, ο Joint European Torus (JET), ένας πειραματικός αντιδραστήρας στο Culham της Αγγλίας, κατέγραψε ρεκόρ για την μεγαλύτερη ενέργεια σύντηξης που απελευθερώθηκε ποτέ κατά τη διάρκεια μιας μόνο πειραματικής λειτουργίας. Η κατασκευή του διαδόχου του JET, ενός τεράστιου διεθνούς πειράματος γνωστού ως ITER, βρίσκεται σε εξέλιξη στη Γαλλία. Και ιδιωτικές εταιρείες στις Ηνωμένες Πολιτείες και το Ηνωμένο Βασίλειο έχουν κατασκευάσει υπεραγώγιμους μαγνήτες επόμενης γενιάς, οι οποίοι θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία μικρότερων και ισχυρότερων αντιδραστήρων.

Εν τω μεταξύ, πάντα όταν ακούμε για «αντιδραστήρες», ο νους μας πάει στο «κακό» και στον κίνδυνο. Ισχύει κάτι τέτοιο για την πυρηνική σύντηξη;

Ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας (ΔΟΑΕ) έχει χαρακτηρίσει την πυρηνική σύντηξη «εγγενώς ασφαλή», καθώς οι συνθήκες που απαιτούνται για να ξεκινήσει και να διατηρηθεί μια αντίδραση σύντηξης, είναι τόσο ακραίες, που είναι αδύνατο να ξεφύγει από τον έλεγχο. «Η σύντηξη είναι μια αυτοπεριοριζόμενη διαδικασία. Αν δεν μπορέσουμε να ελέγξουμε την αντίδραση, απενεργοποιείται μόνη της», εξήγησε η Sehila González de Vicente του ΔΟΑΕ.

Επίσης, τα ραδιενεργά απόβλητα που παράγονται από την διαδικασία, σε σύγκριση με την πυρηνική σχάση [την χρησιμοποιούν οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας], είναι πολύ πιο εύκολα διαχειρίσιμα. Ταυτόχρονα, η πυρηνική σύντηξη δεν βασίζεται σε ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο και δεν παράγει κανένα από τα αέρια που προκαλούν την υπερθέρμανση του πλανήτη. Τέλος, σε αντίθεση με την ηλιακή ή την αιολική ενέργεια, δεν εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες.

Χρησιμοποιώντας δύο σχετικά «άφθονα στοιχεία» που υπάρχουν στη Γη, το λίθιο και το υδρογόνο, η ευρείας κλίμακας χρήση της πυρηνικής σύντηξης θα μπορούσε να βοηθήσει τις χώρες να επιτύχουν τους στόχους τους για την παραγωγή «καθαρών μηδενικών εκπομπών» έως το 2050. Έτσι, πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι η χρήση της πυρηνικής σύντηξης, κάποια στιγμή στο μέλλον, θα μπορούσε να βοηθήσει στην υπερθέρμανση του πλανήτη και στην αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης.

Το τωρινό επαναστατικό επιστημονικό επίτευγμα του NIF, και του JET νωρίτερα, ίσως, είναι το επόμενο «μεγάλο βήμα για την ανθρωπότητα», αντίστοιχο με εκείνο το «μικρό βήμα» του Neil Armstrong στο φεγγάρι.

Με πληροφορίες από: National Geographic, BBC, Nature, Engadget