-
Ένας αντιδραστήρας σύντηξης στη νότια Γαλλία έχει φτάσει σε ένα σημαντικό ορόσημο στην πορεία προς την καθαρή, απεριόριστη ενέργεια.
-
Ο αντιδραστήρας σύντηξης WEST δημιούργησε εξαιρετικά καυτό πλάσμα και το διατήρησε για ένα ρεκόρ 6 λεπτών.
-
Το πείραμα θέτει τα θεμέλια για έναν μεγαλύτερο αντιδραστήρα σύντηξης που ονομάζεται ITER.
Ένας αντιδραστήρας σύντηξης στη νότια Γαλλία που ονομάζεται WEST μόλις έφτασε σε ένα σημαντικό ορόσημο που μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην καθαρή, βιώσιμη και σχεδόν απεριόριστη ενέργεια.
Επιστήμονες στο Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον στο Νιου Τζέρσεϊ που εργάστηκαν στο έργο ανακοίνωσαν σήμερα ότι η συσκευή παρήγαγε ένα υπερκαυτό υλικό που ονομάζεται πλάσμα που έφτασε σε θερμοκρασία 90 εκατομμυρίων βαθμών Φαρενάιτ (50 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου) για έξι λεπτά.
Ο απώτερος στόχος είναι να διατηρηθεί ένα εξαιρετικά καυτό πλάσμα για πολλές ώρες, αλλά τα 6 λεπτά είναι ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ για μια συσκευή όπως το WEST. Άλλοι πυρηνικοί αντιδραστήρες παρόμοιοι με το WEST έχουν παραγάγει θερμότερο πλάσμα, αλλά αυτά δεν έχουν διαρκέσει τόσο πολύ.
Το WEST είναι ένα λεγόμενο tokamak. Είναι ένας αντιδραστήρας σύντηξης σε σχήμα ντόνατ στο μέγεθος ενός δωματίου 8 επί 8 ποδιών με οροφές 8 ποδιών, ικανός να παράγει τον ίδιο τύπο ενέργειας που τροφοδοτεί τον ήλιο μας. Γι’ αυτό οι επιστήμονες αποκαλούν μερικές φορές αυτές τις μηχανές «τεχνητούς ήλιους».
«Προσπαθούμε να δημιουργήσουμε έναν ήλιο στη Γη», δήλωσε στο Business Insider ο Luis Delgado-Aparicio, επικεφαλής προηγμένων έργων στο PPPL. «Και αυτό είναι εξαιρετικά, εξαιρετικά δύσκολο», είπε, αλλά αυτός ο νέος δίσκος υποδηλώνει ότι βρίσκονται στο σωστό δρόμο.
Ο ήλιος βασίζεται στην πυρηνική σύντηξη (στην οποία οι ατομικοί πυρήνες συνδυάζονται και απελευθερώνουν ενέργεια), που δεν πρέπει να συγχέεται με τη διαδικασία πυρηνικής σχάσης (κατά την οποία οι ατομικοί πυρήνες διασπώνται και απελευθερώνουν ενέργεια) που τροφοδοτεί τους σημερινούς πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Η ενέργεια σύντηξης είναι πιο ισχυρή από οποιαδήποτε μορφή ενέργειας που έχουμε σήμερα. Αν μπορέσουμε να αξιοποιήσουμε αυτή την ενέργεια, θα μπορούσε να παράγει σχεδόν τέσσερα εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια ανά κιλό καυσίμου από τα ορυκτά καύσιμα. Επιπλέον, είναι χωρίς άνθρακα.
Υπάρχουν ακόμη σημαντικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν αυτό γίνει πραγματικότητα, και εδώ μπαίνουν στο παιχνίδι πειραματικοί αντιδραστήρες όπως το WEST.
Ενώ το WEST δεν χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας σύντηξης για την τροφοδοσία κατοικιών, είναι κρίσιμο για την έρευνα που θα θέσει τα θεμέλια για μελλοντικούς εμπορικούς αντιδραστήρες.
Το WEST παράγει περισσότερη ενέργεια και θέτει τα θεμέλια για τον ITER
Το WEST έχει πολλές ομοιότητες με τον ITER, έναν γειτονικό αντιδραστήρα που κατασκευάζεται στη νότια Γαλλία, ο οποίος, όταν ολοκληρωθεί, θα είναι το μεγαλύτερο tokamak στον κόσμο ικανό να καίει πλάσμα αυτάρκεια. Η δημιουργία αυτού του αυτοθερμαινόμενου μείγματος είναι ένα κρίσιμο βήμα για την αξιοποίηση της δύναμης της σύντηξης για εμπορικούς σκοπούς.
Ωστόσο, λόγω των καθυστερήσεων κόστους και τεχνολογίας, δεν είναι σαφές πότε θα ολοκληρωθεί το ITER. Εν τω μεταξύ, άλλα εργοστάσια διεξάγουν επίσης πειράματα για να βρουν τον καλύτερο τρόπο λειτουργίας του γιγαντιαίου αντιδραστήρα. Αυτό περιλαμβάνει επίσης το WEST.
Οι δύο αντιδραστήρες είναι ουσιαστικά γειτονικοί και τα πειράματα στο WEST εφαρμόζονται άμεσα στον ITER, δήλωσε ο Delgado-Aparicio.
Για να συμβεί σύντηξη στη Γη, το καύσιμο πρέπει να φτάσει σε θερμοκρασία τουλάχιστον 50 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Ένα από τα κύρια εμπόδια στην ενέργεια σύντηξης είναι ότι απαιτούνται τεράστιες ποσότητες ενέργειας για να παραχθούν αυτές οι ακραίες θερμοκρασίες και οι αντιδραστήρες δεν έχουν ακόμη μπορέσει να διατηρήσουν ένα πλάσμα για αρκετό καιρό ώστε να παράγουν πλεόνασμα ενέργειας που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για εμπορική χρήση. Επί του παρόντος, οι αντιδραστήρες σύντηξης καταναλώνουν συνήθως περισσότερη ενέργεια από αυτή που παράγουν.
Η πρόσφατη ανακάλυψη της WEST δεν αποτέλεσε εξαίρεση. Ωστόσο, παρήγαγε 15% περισσότερη ενέργεια μέσω της σύντηξης σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες, ανέφερε η PPPL σε δήλωση. Επιπλέον, το πλάσμα ήταν δύο φορές πιο πυκνό, ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την παραγωγή περισσότερης ενέργειας.
Το κλειδί της επιτυχίας ρεκόρ της WEST: βολφράμιο
Το WEST βοηθά τους επιστήμονες να δοκιμάσουν τα καλύτερα υλικά για την κατασκευή των τοίχων σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης, κάτι που δεν είναι εύκολο επειδή αυτά τα περιβάλλοντα μπορούν να φτάσουν σε θερμοκρασίες περισσότερες από τρεις φορές υψηλότερες από το κέντρο του ήλιου.
Αρχικά το WEST περιείχε τοιχώματα άνθρακα. Ενώ ο άνθρακας είναι εύκολο να επεξεργαστεί, είπε ο Delgado-Aparicio, απορροφά επίσης τρίτιο, ένα σπάνιο ισότοπο υδρογόνου που οδηγεί την αντίδραση σύντηξης.
«Φανταστείτε ότι έχετε έναν τοίχο που δεν είναι απλώς ένας τοίχος, αλλά ένα είδος σφουγγαριού», είπε, «ένα σφουγγάρι που απορροφά τα καύσιμα σας».
Έτσι, το 2012, οι επιστήμονες αποφάσισαν να δοκιμάσουν ένα διαφορετικό υλικό για τους τοίχους του tokamak: βολφράμιο – το ίδιο υλικό που θα χρησιμοποιήσει το ITER για ορισμένα από τα κύρια συστατικά του.
Λόγω της ικανότητας του βολφραμίου να αντέχει στη θερμότητα χωρίς να απορροφά τρίτιο, η Delgado-Aparicio πιστεύει ότι είναι το ιδανικό υλικό για τοίχους tokamak.
Ωστόσο, το βολφράμιο δεν είναι τέλειο. Ένα από τα μειονεκτήματά του είναι ότι μπορεί να λιώσει και να εισέλθει στο πλάσμα και να το μολύνει. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να εξουδετερώσει τη διαδικασία εκπέμποντας πολλή ενέργεια και ψύχοντας το πλάσμα.
Για να βελτιστοποιήσουν το σύστημα, οι επιστήμονες πρέπει να κατανοήσουν ακριβώς πώς το βολφράμιο συμπεριφέρεται και αλληλεπιδρά με το πλάσμα. Αυτό κάνουν οι ερευνητές με το WEST.
Η ομάδα PPPL τροποποίησε ένα διαγνωστικό εργαλείο που χρησιμοποίησε σε αυτό το τελευταίο πείραμα WEST. Το εργαλείο βοήθησε την ομάδα να μετρήσει με ακρίβεια τη θερμοκρασία του πλάσματος για να κατανοήσει καλύτερα πώς το βολφράμιο μεταναστεύει από το τοίχωμα της συσκευής στο πλάσμα.
«Μπορούμε να δούμε πώς κινείται μέσα, μπορούμε να το παρακολουθήσουμε και να μελετήσουμε τη μεταφορά του μέσα στο μηχάνημα», είπε ο Delgadot-Aparicio. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη μελλοντικών μεθόδων για να διατηρηθεί το πλάσμα απαλλαγμένο από ρύπους, όπως σβώλους βολφραμίου που το ψύχουν.
«Τώρα καταλαβαίνουμε πώς να παρέχουμε αυτήν την ψύξη», είπε, «και αυτή η εμπειρία θα εξαχθεί απευθείας στο ITER».
Οι WEST και ITER δεν είναι οι μόνοι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν βολφράμιο.
Για παράδειγμα, η Commonwealth Fusion Systems (CFS) χρησιμοποιεί τοιχώματα βολφραμίου για το SPARC, τον επίδειξη του αντιδραστήρα σύντηξης. Και το KSTAR της Κορέας έχει έναν εκτροπέα βολφραμίου και πρόσφατα έδειξε ένα πλάσμα 30 δευτερολέπτων, 100 εκατομμυρίων βαθμών.
Το αν το βολφράμιο αποδεικνύεται το κλειδί για το ξεκλείδωμα της εμπορικής ενέργειας σύντηξης μένει να φανεί.
Η εμπορική ενέργεια σύντηξης είναι πιθανώς ακόμη δεκαετίες μακριά, αλλά ο Delgado-Aparicio πιστεύει ότι κάνουν βήματα προς «αυτόν τον μεγάλο στόχο να καταστήσουν την ενέργεια διαθέσιμη στην ανθρωπότητα».
Η PPPL είπε ότι θα δημοσιεύσει τα αποτελέσματα του πειράματός της σε επιστημονικό περιοδικό σε λίγες εβδομάδες.
Διαβάστε το αρχικό άρθρο στο Business Insider