Αμερικανοί επιστήμονες πέτυχαν ξανά την πυρηνική σύντηξη

Πριν από περίπου οκτώ μήνες, επιστήμονες σε ένα εργαστήριο που χρηματοδοτείται από την κυβέρνηση των ΗΠΑ αναπαρήγαγαν τη διαδικασία που τροφοδοτεί τα αστέρια – την πυρηνική σύντηξη – και δημιούργησαν περισσότερη

ενέργεια

από όση έβαζαν. Τώρα, φυσικοί και μηχανικοί στην ίδια εγκατάσταση, την Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore της Βόρειας Καλιφόρνια, φαίνεται ότι δημιούργησε με επιτυχία ένα πείραμα σύντηξης που αντλεί ενέργεια για δεύτερη φορά.

Το τελευταίο επίτευγμα της NIF είναι ένα βήμα πιο κοντά – το δεύτερο βήμα σε έναν πολύ μακρύ δρόμο – σε ένα όνειρο σύντηξης που παρέχει στον κόσμο καθαρή, άφθονη ενέργεια. Υπάρχει πολύς δρόμος για να ανοίξει μια μονάδα παραγωγής ενέργειας σύντηξης στην πόλη σας. Όμως οι επιστήμονες είναι αισιόδοξοι.

«Δείχνει ότι οι επιστήμονες στο [NIF] και οι συνεργάτες τους καταλαβαίνουν τι συνέβη τον Δεκέμβριο αρκετά καλά που κατάφεραν να το κάνουν ξανά», λέει

John Pasley

ένας επιστήμονας σύντηξης στο Πανεπιστήμιο York στο Ηνωμένο Βασίλειο που δεν συμμετείχε σε αυτό το πείραμα.

Η NIF αρνήθηκε να σχολιάσει, σημειώνοντας ότι οι επιστήμονες της εγκατάστασης δεν είχαν ακόμη παρουσιάσει επίσημα τα αποτελέσματά τους. Μέχρι να συμβεί αυτό, υπάρχουν πολλά που δεν θα γνωρίζουμε για τις ιδιαιτερότητες του πειράματος, το οποίο πραγματοποιήθηκε στις 30 Ιουλίου.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για την επίτευξη σύντηξης και το NIF λειτουργεί με έναν, που ονομάζεται σύντηξη αδρανειακής περιορισμού (ICF). Στη διάταξη του NIF, μια δέσμη λέιζερ υψηλής ισχύος χωρίζεται σε 192 μικρότερες ακτίνες, ντους με μια κάψουλα που οι επιστήμονες αποκαλούν hohlraum. Μέσα στα τοιχώματα του hohlraum, αυτό το φράγμα γεννά ακτίνες Χ που πέφτουν στο γέμισμα της κάψουλας: ένα σφαιρίδιο δευτερίου και τριτίου, συμπιέζοντάς το εξαιρετικά σε θερμοκρασίες και πιέσεις πιο έντονες από αυτές του ήλιου, ξεκινώντας τη σύντηξη.

Ο στόχος όλης αυτής της εργασίας είναι να περάσει το νεκρό σημείο και να δημιουργηθεί περισσότερη ενέργεια από όση βάζει το λέιζερ: ένα επίτευγμα που οι επιστήμονες της σύντηξης αποκαλούν κέρδος. Στο πείραμα του Δεκεμβρίου, 2,05 megajoules ακτίνων λέιζερ προκάλεσαν 3,15 megajoules ενέργειας σύντηξης. Δεν θα ξέρουμε με βεβαιότητα έως ότου η NIF δημοσιοποιήσει τα δεδομένα της, αλλά ανώνυμες πηγές

είπε

οι Financial Times ότι αυτή η δεύτερη επιτυχία δημιούργησε ακόμη μεγαλύτερο κέρδος.

[Related: Cold fusion is making a scientific comeback]

Επιπλέον, το πείραμα του Δεκεμβρίου πέτυχε αυτοθέρμανση: μια κατάσταση όπου η αντίδραση σύντηξης τροφοδοτήθηκε από μόνη της, σαν μια φωτιά που δεν χρειάζεται πλέον ανάφλεξη. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η αυτοθέρμανση είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την παραγωγή ενέργειας στο ICF. Εξωτερικοί επιστήμονες εικάζουν ότι το νέο πείραμα του NIF πέτυχε επίσης αυτοθέρμανση.

«Ένα προφανές μέρος της επιστημονικής διαδικασίας είναι ότι έχετε το ίδιο αποτέλεσμα», λέει

Ντένις Γουάιτ

, ένας επιστήμονας σύντηξης στο MIT που επίσης δεν συμμετείχε στην έρευνα NIF. «Φυσικά, αυτό είναι εξαιρετικά ενθαρρυντικό».

Αυτό δεν είναι μικρό κατόρθωμα. Τα πειράματα ICF είναι διαβόητα ευαίσθητα. Πολύ ανεπαίσθητες αλλαγές στις γωνίες των λέιζερ, στα σχήματα του hohlraum και του pellet, και σε οποιονδήποτε από δεκάδες άλλους παράγοντες θα μπορούσαν να αλλάξουν δραστικά την έξοδο. Το NIF τον Δεκέμβριο μόλις και μετά βίας γρατσούνισε την επιφάνεια του κέρδους σύντηξης και είναι ξεκάθαρο ότι οι μικροσκοπικές αλλαγές ήταν η διαφορά μεταξύ του να περάσει το νεκρό σημείο και το μη.

«Επίσης επαναλαμβάνουμε πράγματα, όχι μόνο για να δούμε αν επαναλαμβάνονται, αλλά και για να δούμε τις ευαισθησίες», λέει ο Whyte. «Το να βλέπεις τη μεταβλητότητα και τις διαφορές αυτών από πείραμα σε πείραμα είναι πραγματικά συναρπαστικό».

Από τη δεκαετία του 1950, οι επιστήμονες της σύντηξης προσπάθησαν να επιτύχουν αυτό που έκανε η ομάδα NIF, δύο φορές, τον περασμένο χρόνο. Αλλά ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να μετατραπούν αυτές οι πειραματικές επιδρομές σε καθαρή, φθηνή, άφθονη ενέργεια για τους ανθρώπους του κόσμου. Η μετατροπή αυτού του ορόσημου σε εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μια εντελώς άλλη αναζήτηση και μόλις ξεκίνησε. Αν η δημιουργία κέρδους στο εργαστήριο είναι σαν να μαθαίνεις να ανάβεις φωτιά, τότε η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι σαν να φτιάχνεις μια ατμομηχανή.

«Θα ήθελα να τους δω να μετατοπίζουν σταδιακά κάποιο μέρος της εστίασής τους από την επίδειξη ανάφλεξης και το κέρδος προς τη διερεύνηση σχεδίων στόχων που είναι πιο κοντά σε αυτά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε έναν αντιδραστήρα ισχύος σύντηξης», λέει ο Pasley.

[Related: Microsoft thinks this startup can deliver on nuclear fusion by 2028]

Για την κατασκευή ενός βιώσιμου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, το NIF θα πρέπει να παρουσιάσει μεγαλύτερο κέρδος. Το πείραμα του Δεκεμβρίου δημιούργησε περίπου 1,5 φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι οι επιστήμονες του NIF. Ακόμα κι αν το πείραμα του Ιουλίου δημιούργησε δύο ή τρεις φορές περισσότερη ενέργεια, το NIF δεν θα έχει πλησιάσει το κέρδος που οι επιστήμονες σύντηξης πιστεύουν ότι είναι απαραίτητο για μια βιώσιμη εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας: περίπου 100 φορές.

Το κέρδος αυτού του μεγέθους θα έκανε επίσης τη σύντηξη βιώσιμη προσθήκη στο μεγαλύτερο ηλεκτρικό δίκτυο. Είναι δύσκολο να υποτιμήσουμε τη σημασία του επιτεύγματος του NIF, αλλά η εγκατάσταση δεν παρήγαγε στην πραγματικότητα περισσότερη ενέργεια από ό,τι χρειαζόταν από τον έξω κόσμο. Για να τροφοδοτήσει το λέιζερ που δημιούργησε αυτά τα 3,15 megajoules, η συσκευή χρειαζόταν 300 megajoules από το πλέγμα της Καλιφόρνια.

Το NIF δεν είναι πραγματικά το βέλτιστο μέρος για να ολοκληρώσετε αυτήν την αποστολή, εν μέρει επειδή

χτίστηκε

να διατηρήσει το απόθεμα πυρηνικών όπλων των ΗΠΑ και δεν μπορεί να επικεντρωθεί στη σύντηξη όλη την ώρα. Αλλά προς το παρόν, το NIF πιθανότατα θα συνεχίσει να προσπαθεί, τρέχοντας όλο και περισσότερες λήψεις λέιζερ. Και οι επιστήμονες μπορούν να συγκρίνουν τα αποτελέσματα με προσομοιώσεις για να καταλάβουν τι συμβαίνει κάτω από την επιφάνεια.

«Αυτό που υποθέτουμε ότι θα συμβεί τώρα είναι ότι θα έχουμε δεκάδες [runs]και θα μάθουμε πραγματικά πολλά», λέει ο Whyte.