Πυρηνική σύντηξη: το πρόγραμμα ITER υπόσχεται ανεξάντλητη ενέργεια

0
2749

Η πυρηνική σύντηξη προβάλλεται από ορισμένους επιστήμονες ως το “Ιερό Δισκοπότηρο” της παραγωγής ενέργειας δεδομένου ότι δεν παράγει μακρόβια πυρηνικά απόβλητα, ενώ το υδρογόνο που απαιτείται ως καύσιμο μπορεί να παραχθεί σε πρακτικά ανεξάντλητες ποσότητες με υδρόλυση του νερού.

Η δυσκολία έγκειται στη διαμόρφωση των ακραίων συνθηκών που είναι απαραίτητες για την ολοκλήρωση της διαδικασίας: οι πυρήνες των ατόμων είναι θετικά φορτισμένοι και απωθούνται, είναι επομένως δύσκολο να πλησιάσουν σε αρκετά μικρή απόσταση ώστε να αντιδράσουν. Για να συμβεί αυτό το οι πυρήνες πρέπει να συγκρουστούν με ταχύτητες γύρω στα 1.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, κάτι που απαιτεί τη διαμόρφωση συνθηκών θερμοκρασίας γύρω στα 50 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Μετά τις ΗΠΑ και τα πειράματα πυρηνικής σύντηξης στα εργαστήρια Sandia στο Νέο Μεξικό και Lawrence Livermore στο Σαν Φρανσίσκο, η Ευρώπη ξεκίνησε τη συναρμολόγηση του αντιδραστήρα ITER (International Thermonuclear Experimental Reactorand ή «ο δρόμος» στα λατινικά) στο Κανταράς, στην Προβηγγία της Νότιας Γαλλίας.

Πριν από λίγες ημέρες,η αμερικανική εταιρεία General Atomics ξεκίνησε να ετοιμάζει ένα κρίσιμο εξάρτημα που βρίσκεται στην «καρδιά» του αντιδραστήρα: πρόκειται για έναν σωλήνα που θα θερμαίνει τα πυρηνικά καύσιμα για την παραγωγή ενέργειας και παράλληλα θα τα κρατά μακρυά από τα τοιχώματα του αντιδραστήρα.

Το συγκεκριμένο εξάρτημα -όπως και άλλα που απαιτούνται για τον αντιδραστήρα- είναι εξαιρετικά περίπλοκο στην κατασκευή του, αλλά και τεράστιο σε μέγεθος με ύψος 14 μέτρα, διάμετρο τέσσερα μέτρα και βάρος 1.000 τόνους.

Το σωληνοειδές θα συναρμολογηθεί επιτόπου στο Κανταράς το 2019 ώστε, σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα, ο αντιδραστήρας να τεθεί σε πλήρη λειτουργία το 2027.

Από εκείνη τη στιγμή, επιστήμονες από τη Ευρωπαϊκή Ένωση και τις υπόλοιπες έξι χώρες που συμμετέχουν στο πρότζεκτ -ΗΠΑ, Ινδία, Ιαπωνία, Κίνα, Κορέα και Ρωσία- θα ξεκινήσουν πειράματα που θα δείξουν εάν η πυρηνική σύντηξη είναι τεχνολογικά εφικτή και μπορεί να συμβάλει στην κάλυψη των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών.

—Πώς λειτουργεί η σύντηξη

Ο αντιδραστήρας σύντηξης αντιγράφει τον Ήλιο, το κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Θα προκαλεί την ένωση δύο ελαφρών στοιχείων, ώστε να σχηματισθεί ένας βαρύτερος πυρήνας και να παραχθεί θερμότητα. Τα δύο αυτά στοιχεία, τα «καύσιμα» του ITER, θα είναι το δευτέριο και το τρίτιο – δύο ισότοπα του υδρογόνου, από τα οποία το μεν πρώτο υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες στο θαλασσινό νερό, ενώ το δεύτερο μπορεί να παραχθεί εύκολα.

Η ένωση αυτή ονομάζεται αντίδραση πυρηνικής σύντηξης και έχει σαν αποτέλεσμα την έκλυση ενέργειας τέσσερα εκατομμύρια φορές περισσότερης σε σύγκριση με τις συμβατικές τεχνικές, όπως για παράδειγμα είναι η καύση του λιγνίτη.

Επομένως, τουλάχιστον στη θεωρία, ενώ ένα θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο ισχύος 1.000 MW θα καταναλώνει ετησίως 2,7 εκατομμύρια τόνους λιγνίτη, μια αντίστοιχη μονάδα σύντηξης θα καταναλώνει ετησίως μόλις 250 κιλά καύσιμα, 125 κιλά δευτέριο και 125 κιλά τρίτιο.

Οι τεχνικές δυσκολίες, ωστόσο, έχουν να κάνουν με το γεγονός ότι, για να πραγματοποιηθεί η σύντηξη, θα πρέπει να επικρατούν τόσο υψηλές θερμοκρασίες που να επιτρέπουν στο μείγμα δευτερίου και υδρογόνου να βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος, δηλαδή σε μορφή «γυμνών» πυρήνων που έχουν αποδεσμεύσει τα ηλεκτρόνιά τους.

Μάλιστα, λόγω της τεράστιας βαρύτητας που επικρατεί στον Ήλιο, οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης γίνονται σε θερμοκρασία περίπου 10 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Στη Γη, αντίθετα, η απαραίτητη θερμοκρασία είναι δεκαπλάσια, αγγίζοντας τους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες θέτουν αρκετά σημαντικά εμπόδια, όπως ότι πρέπει να βρεθεί ένας μηχανισμός θέρμανσης που να τις εξασφαλίζει, αλλά και ότι δεν υπάρχει κανένα υλικό στη φύση το οποίο να μην καταστραφεί αν έρθει σε επαφή με ένα τόσο θερμό πλάσμα. Στον ITER θα δοκιμασθεί το σχέδιο ενός τύπου αντιδραστήρα (Τόκαμακ), που προτάθηκε από ρώσους φυσικούς κατά τη δεκαετία του 1960 και υποτίθεται ότι δίνει απαντήσεις σε αυτά τα εμπόδια.

Έτσι, τα καύσιμα θα τοποθετούνται μέσα στο σωληνοειδές, έναν θάλαμο κενού σε σχήμα δαχτυλιδιού, το οποίο θα παράγει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ώστε να δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα στο μίγμα των ισοτόπων του υδρογόνου, το οποίο θα τα θερμάνει.

Την ίδια στιγμή, άλλοι ισχυροί μαγνήτες που θα περιβάλλουν το σωληνοειδές θα συγκρατούν το πλάσμα στο κέντρο της «καρδιάς» του αντιδραστήρα, ώστε να μην έρχεται σε επαφή με τα τοιχώματα.

Παραλήφθηκαν ακόμα έξι μεγάλες δεξαμενές συλλογής και ανάκτησης υδάτων που περιέχουν τρίτιο για τη χρήση του σε μελλοντικές αντιδράσεις σύντηξης.

—Η ασφάλεια και το κόστος

Αντίθετα με την πυρηνική διάσπαση, η σύντηξη μπορεί να σταματήσει πολύ εύκολα χωρίς να συνεχιστεί η έκλυση ενέργειας.

Επίσης, το τρίτιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο με μικρή διάρκεια ζωής.

«Στην περίπτωση ατυχήματος, μιας διαρροής για παράδειγμα, ο αντιδραστήρας δεν είναι στεγανός. Άρα το αέριο θα μπορούσε να διαρρεύσει στη φύση. Οι ποσότητες που θα εκλυθούν στη φύση επιτρέπουν στον πληθυσμό που ζει γύρω από τον αντιδραστήρα να παραμείνει ήρεμος και να συνεχίσει τις δραστηριότητές του» εξηγεί στο euronews ο Γενικός Διευθυντής του προγράμματος Iter, Μπερνάρ Μπιγκό.

Για να αποφευχθεί αυτό, οι μηχανικοί σχεδιάζουν ειδικούς σωλήνες ελέγχου μιας τυχαίας διαρροής τριτίου.

Το πραγματικό πρόβλημα του σχεδίου είναι το τεράστιο κόστος που σήμερα υπολογίζεται ότι θα φτάσει τα 16 δισεκατομμύρια δολάρια, τρεις φορές υψηλότερο από τις εκτιμήσεις του 2006.

«Το πρόβλημα δεν είναι το κόστος, αλλά η ποσότητα της ενέργειας που θα παράγεται. Ειλικρινά, πιστεύω, ότι παρά το κόστος, που είναι πραγματικά πολύ υψηλό, η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας σε βάθος χρόνου, δικαιολογεί την αρχική επένδυση» τονίζει ο Μπιγκό.

econews

Σχόλια