Με την κατασκευή των κύριων κτιρίων του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα (ITER) να έχει ολοκληρωθεί κατά 99,9%, ο χώρος στο Κανταράς στο Σεν Πολ λε Ντουράνς (Saint-Paul-lez-Durance) της νότιας Γαλλίας, μοιάζει με μια νέα βιομηχανική περιοχή. Εκεί, κατασκευάζεται το μεγαλύτερο έργο πυρηνικής σύντηξης στον κόσμο.

Πρόκειται για μία από τις μεγαλύτερες πειραματικές προσπάθειες στην πυρηνική Φυσική, καθώς υπόσχεται άφθονη, φθηνή και πιο καθαρή πυρηνική ενέργεια με τον τρόπο που παράγεται στον Ήλιo. Οι υποστηρικτές του έργου πιστεύουν πως η πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να λύσει τη μεγαλύτερη υπαρξιακή κρίση στην ιστορία της ανθρωπότητας. Σκοπός του ITER, στο οποίο συμμετέχουν 35 χώρες, είναι να δείξει κατά πόσον η σύντηξη μπορεί να είναι οικονομικά και εμπορικά βιώσιμη.

Η σύντηξη υπόσχεται μια σχεδόν απεριόριστη μορφή ενέργειας που εκπέμπει μηδενικά αέρια του θερμοκηπίου, και σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση που χρησιμοποιείται σήμερα, δεν παράγει ραδιενεργά απόβλητα μακράς διάρκειας ζωής. Η κατάκτησή της θα μπορούσε κυριολεκτικά να σώσει την ανθρωπότητα από την κλιματική αλλαγή.

Η ενέργεια από πυρηνική σύντηξη θα μπορούσε να τροφοδοτήσει αναμφίβολα μεγάλο μέρος του κόσμου. Σύμφωνα με τους ερευνητές, ένα γραμμάριο καυσίμου πυρηνικής σύντηξης θα προσφέρει ενέργεια που αντιστοιχεί σε οκτώ τόνους πετρελαίου.

Τον Φεβρουάριο, επιστήμονες στο αγγλικό χωριό Κούλχαμ, κοντά στην Οξφόρδη, ανακοίνωσαν μια σημαντική ανακάλυψη: παρήγαγαν 59 μεγατζάουλ θερμικής ενέργειας επί πέντε δευτερόλεπτα στον μεγαλύτερο αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης στον κόσμο που ονομάζεται τόκαμακ (tokamak). Η ενέργεια αυτή ήταν αρκετή για να τροφοδοτήσει ένα σπίτι για μια ημέρα και καταναλώθηκε περισσότερη ενέργεια από όση παράχθηκε. Ωστόσο, ήταν μια πραγματικά ιστορική στιγμή, καθώς απέδειξε ότι η πυρηνική σύντηξη είναι όντως δυνατή στη Γη.

Πώς λειτουργεί η πυρηνική σύντηξη 

Η ενέργεια σύντηξης δημιουργείται με τη συνένωση δύο σωματιδίων που από τη φύση τους απωθούνται. Αφού εγχυθεί μια μικρή ποσότητα καυσίμου στο τόκαμακ, γιγάντιοι μαγνήτες ενεργοποιούνται για να δημιουργηθεί το πλάσμα, η τέταρτη κατάσταση της ύλης, που μοιάζει λίγο με αέριο ή σούπα που είναι ηλεκτρικά φορτισμένη.

Ανεβάζοντας τις θερμοκρασίες στο εσωτερικό του τόκαμακ σε ασύλληπτα υψηλά επίπεδα, τα σωματίδια από το καύσιμο αναγκάζονται να συγχωνευθούν σε ένα. Η διαδικασία δημιουργεί ήλιο και νετρόνια τα οποία είναι ελαφρύτερα σε μάζα από τα μέρη από τα οποία αρχικά αποτελούνταν. Τα νετρόνια, τα οποία είναι σε θέση να διαφύγουν από το πλάσμα, στη συνέχεια προσκρούουν σε μια “κουβέρτα” που επενδύει τα τοιχώματα του τόκαμακ και η κινητική τους ενέργεια γίνεται θερμότητα. Αυτή η θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του νερού, τη δημιουργία ατμού και την περιστροφή στροβίλων για την παραγωγή ενέργειας. Όλα αυτά προϋποθέτουν ότι το τόκαμακ θα συγκρατεί πολλή θερμότητα. Το πλάσμα πρέπει να φτάσει τουλάχιστον τους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, 10 φορές θερμότερο από τον πυρήνα του ήλιου. Πώς μπορεί οτιδήποτε στη Γη να διατηρήσει τόσο υψηλές θερμοκρασίες;

Είναι ένα από τα πολλά εμπόδια που κατάφεραν να ξεπεράσουν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί οι οποίοι σχεδίασαν γιγάντιους μαγνήτες για να δημιουργήσουν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο ώστε να συγκρατηθεί η θερμότητα. Οτιδήποτε άλλο θα έλιωνε.

Αυτό που προσπαθούν ουσιαστικά να κάνουν οι επιστήμονες είναι να μιμηθούν τον ήλιο, ο οποίος είναι ένα αέναο εργοστάσιο σύντηξης, αποτελούμενο από μια γιγαντιαία φλεγόμενη μπάλα πλάσματος. Κάθε δευτερόλεπτο μετατρέπει αρκετές εκατοντάδες τόνους υδρογόνου σε ήλιο. Το πλάσμα είναι το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο το 99,9% του σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένων των άστρων, του ήλιου μας και όλης της διαστρικής ύλης.

Όπως αναφέρει το CNN, η παραγωγή ενέργειας σύντηξης δεν είναι το πιο δύσκολο κομμάτι. Εξάλλου, η ανθρωπότητα πραγματοποιεί αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης από τότε που εφευρέθηκε η βόμβα υδρογόνου. Η κύρια πρόκληση είναι η διατήρησή της. Το τόκαμακ στο Ηνωμένο Βασίλειο – που ονομάζεται Joint European Torus (JET)- κατάφερεν να διατηρήσει την ενέργεια σύντηξης για πέντε δευτερόλεπτα. Οι μαγνήτες του, οι οποίοι είναι από χαλκό, κατασκευάστηκαν τη δεκαετία του 1970. Αντίθετα, ο ITER χρησιμοποιεί πιο σύγχρονους μαγνήτες που μπορούν να διαρκέσουν πολύ περισσότερο, ενώ η ισχύς του αντιδραστήρα θα φτάνει τα 500 μεγαβάτ.

Ενώ ο ήλιος συγχωνεύει άτομα υδρογόνου για να δημιουργήσει ήλιο, το JET χρησιμοποίησε δύο ισότοπα υδρογόνου που ονομάζονται δευτέριο και τρίτιο και τα οποία θα χρησιμοποιήσει και ο ITER. Αυτά τα ισότοπα συμπεριφέρονται σχεδόν όπως και το υδρογόνο, όσον αφορά τη χημική τους σύσταση και τις αντιδράσεις τους.

Τόσο το δευτέριο όσο και το τρίτιο βρίσκονται στη φύση. Το δευτέριο βρίσκεται σε αφθονία στο γλυκό και το αλμυρό νερό. Το τρίτιο είναι σπάνιο στη Γη αλλά μπορεί να παραχθεί συνθετικά. Προς το παρόν, υπάρχουν μόνο 20 κιλά τριτίου στον κόσμο και η ζήτηση δεν υπερβαίνει τα 400 γραμμάρια ετησίως. Επίσης, είναι εξαιρετικά ακριβό, καθώς ένα μόνο γραμμάριο αξίζει σήμερα περίπου 30.000 δολάρια.

Ένα έργο 10 εκατομμυρίων τεμαχίων

Η κατασκευή του ITER, η οποία πραγματοποιείται σε 39 εργοτάξια, είναι απίστευτα πολύπλοκη. Το κύριο εργοτάξιο είναι ένα ιδιαίτερα αποστειρωμένο περιβάλλον, όπου τεράστια εξαρτήματα τοποθετούνται στη θέση τους με τη βοήθεια γερανών που ζυγίζουν 750 τόνους. Οι εργάτες έχουν ήδη συναρμολογήσει το κέλυφος του τόκαμακ, αλλά περιμένουν ακόμη ορισμένα εξαρτήματα, συμπεριλαμβανομένου ενός γιγαντιαίου μαγνήτη από τη Ρωσία που θα τοποθετηθεί στην κορυφή της μηχανής.

Οι διαστάσεις του είναι εντυπωσιακές. Το τόκαμακ θα ζυγίζει τελικά 23.000 τόνους. Αυτό είναι το συνολικό βάρος τριών πύργων του Άιφελ. Θα αποτελείται από ένα εκατομμύριο εξαρτήματα, τα οποία θα διαχωρίζονται περαιτέρω σε 10 εκατομμύρια μικρότερα μέρη. Αυτό το μεγαθήριο θα περιβάλλεται από μερικούς από τους μεγαλύτερους μαγνήτες που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Ακόμη και ο ψηφιακός σχεδιασμός αυτού του τεράστιου μηχανήματος βρίσκεται σε τρισδιάστατα αρχεία υπολογιστή που καταλαμβάνουν περισσότερο από δύο terabytes.

Πυρηνική σύντηξη κατά τη διάρκεια του πολέμου

Πίσω από τους εκατοντάδες εργαζόμενους που υλοποιούν το έργο ITER βρίσκονται περίπου 4.500 εταιρείες με 15.000 υπαλλήλους από όλο τον κόσμο. Τριάντα πέντε χώρες συνεργάζονται στον ITER, ο οποίος διοικείται από επτά κύρια μέλη – Κίνα, Ηνωμένες Πολιτείες, Ευρωπαϊκή Ένωση, Ρωσία, Ινδία, Ιαπωνία και Νότια Κορέα. Ωστόσο, σήμερα, υπάρχουν ανησυχίες για τον ρόλο της Ρωσίας στον ITER εξαιτίας του πολέμου στην Ουκρανία. Η Ρωσία έχει ήδη αποκλειστεί από άλλα διεθνή επιστημονικά έργα, όχι όμως και από τον ITER. Εν μέρει αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η χώρα είναι άρρηκτα συνδεδεμένη όχι μόνο με το έργο αλλά και με την πυρηνική σύντηξη.

Οι χώρες άρχισαν να μελετούν την πυρηνική σύντηξη τη δεκαετία του 1930, κατασκευάζοντας κάθε είδους μηχανήματα επί δεκαετίες. Το τόκαμακ που δημιουργήθηκε στη Σοβιετική Ένωση, αποδείχθηκε το πιο επιτυχημένο. Το 1968, Σοβιετικοί ερευνητές κατάφεραν να επιτύχουν τις υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνταν και να συγκρατήσουν το πλάσμα για μια παρατεταμένη περίοδο, κάτι που δεν είχε γίνει ποτέ πριν.

Η Ρωσία έχει επίσης παράσχει ορισμένα από τα πιο κρίσιμα εξαρτήματα του έργου ITER και είναι ένας από τους κύριους χρηματοδότες του. Ο μαγνήτης που θα τοποθετηθεί στην κορυφή του τόκαμακ, για παράδειγμα, κατασκευάστηκε στην Αγία Πετρούπολη και θα σταλεί στη Γαλλία, δήλωσε στο CNN ο επικεφαλής επικοινωνίας του ITER, Λάμπαν Κόμπλεντζ. Μέχρι στιγμής, η συμμετοχή της Ρωσίας στο έργο δεν έχει αλλάξει καθόλου, πρόσθεσε.

«Ο ITER είναι πραγματικά ένα παιδί του Ψυχρού Πολέμου», δήλωσε. «Είναι μια σκόπιμη συνεργασία μεταξύ χωρών που είναι ιδεολογικά αδέσμευτες και οι οποίες απλώς μοιράζονται έναν κοινό στόχο για ένα καλύτερο μέλλον».

Ωστόσο, ο επικεφαλής παραδέχθηκε ότι ο πόλεμος στην Ουκρανία ήταν “πρωτοφανής” και ότι δεν μπορούσε να προβλέψει τι μπορεί να σημαίνει για το μέλλον της Ρωσίας στον ITER.

Η γεωπολιτική έπαιζε πάντα ρόλο στον ITER. Και μόνο η εύρεση της κατάλληλης τοποθεσίας για την εγκατάστασή του, πήρε χρόνια και περιλάμβανε πάνω από μια δεκαετία τεχνικών μελετών και πολιτικών και διπλωματικών διαπραγματεύσεων. Τελικά, το Saint-Paul-lez-Durance επιλέχθηκε να στεγάσει το φιλόδοξο έργο και η συμφωνία για την κατασκευή του υπογράφηκε στο Παρίσι το 2006. Το 2010 μπήκαν τα θεμέλια και το 2014 τέθηκαν σε λειτουργία τα πρώτα μηχανήματα κατασκευής.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση αναλαμβάνει το 45% του συνεχώς αυξανόμενου κόστους κατασκευής του ITER. Όλες οι άλλες συμμετέχουσες χώρες συνεισφέρουν λίγο περισσότερο από 9% η καθεμία, σύμφωνα με πρόχειρους υπολογισμούς. Αρχικά, το σύνολο της κατασκευής υπολογιζόταν σε περίπου 6 δισεκατομμύρια ευρώ. Αυτή τη στιγμή, το συνολικό ποσό έχει υπερτριπλασιαστεί σε περίπου 20 δισεκατομμύρια ευρώ.

Ο χρόνος τελειώνει

Από το 1973, η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας έχει υπερδιπλασιαστεί και μέχρι το τέλος του αιώνα μπορεί να τριπλασιαστεί. Το 70% του συνόλου των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα δημιουργείται από την κατανάλωση ενέργειας. Και το 80% της ενέργειας που καταναλώνουμε προέρχεται από ορυκτά καύσιμα.

Η αύξηση της θερμοκρασίας φέρνει πιο συχνά και θανατηφόρα κύματα καύσωνα, ξηρασίες, πυρκαγιές, πλημμύρες και άνοδο της στάθμης της θάλασσας. Οι επιπτώσεις της κλιματικής κρίσης είναι όλο και πιο δύσκολο να αναστραφούν, καθώς ολόκληρα οικοσυστήματα φτάνουν σε σημεία καμπής και περισσότερες ανθρώπινες ζωές τίθενται σε κίνδυνο.

Ο κόσμος προσπαθεί τώρα να απεξαρτηθεί γρήγορα από τον άνθρακα και να επιταχύνει τη μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ορισμένες χώρες ποντάρουν στην πυρηνική σχάση, η οποία είναι χαμηλών εκπομπών άνθρακα αλλά συνοδεύεται από μικρό αλλά όχι αμελητέο κίνδυνο καταστροφής, προβλήματα αποθήκευσης ραδιενεργών αποβλήτων και υψηλό κόστος.

«Η σύντηξη υδρογόνου είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο αποτελεσματική από την καύση ορυκτών καυσίμων. Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε εδώ είναι να δημιουργήσουμε έναν μικρό τεχνητό ήλιο στη Γη», είχε δηλώσει ο Μπερνάρ Μπιγκό, επικεφαλής του ITER ο οποίος πέθανε στις 14 Μαΐου. «Αυτός ο σταθμός παραγωγής ενέργειας από σύντηξη θα βρίσκεται σε λειτουργία συνεχώς. Αυτός ο ήλιος, δεν θα δύσει ποτέ».

ΠΗΓΗ: CNN, New Civil Engineer

www.ertnews.gr