Γιατί δεν χρησιμοποιούμε ακόμη την πυρηνική σύντηξη για την παραγωγή ενέργειας;

Ο κύριος λόγος που δεν χρησιμοποιούμε ακόμη την πυρηνική σύντηξη για την παραγωγή ενέργειας είναι επειδή είναι απίστευτα δύσκολο να διατηρήσουμε μια αντίδραση σύντηξης. Οι ενεργειακές απαιτήσεις είναι πολύ υψηλές και είναι δύσκολο να βρεθούν υλικά που να αντέχουν τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, χρειαζόμαστε πολλή περίσσεια ενέργειας για να συνεχίσουμε την αντίδραση σύντηξης και δεν έχουμε ακόμη βρει έναν τρόπο αυτοσυγκράτησης του πλάσματος ώστε να είναι σταθερό και ασφαλές.

Οι πυρηνικοί σταθμοί σε όλο τον κόσμο λειτουργούν με βάση την αρχή της πυρηνικής σχάσης, μια διαδικασία κατά την οποία ένα άτομο χωρίζεται σε μικρότερα άτομα, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση ενέργειας, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία άλλων πραγμάτων. Η πυρηνική σύντηξη, όπως ίσως ήδη γνωρίζετε, είναι το αντίθετο της πυρηνικής σχάσης. Μπορεί επίσης να παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, όπως ακριβώς η σχάση.

Τόσο η πυρηνική σύντηξη όσο και η σχάση παράγουν ενέργεια.

Ίσως εκπλαγείτε αν παρατηρήσετε ότι η σύντηξη είναι στην πραγματικότητα καλύτερο στοίχημα από τη σχάση όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας.

Γιατί η σύντηξη είναι καλύτερη επιλογή από τη σχάση για παραγωγή ενέργειας;

Η σύντηξη είναι πολύ καλύτερη από τη σχάση με διάφορους τρόπους. Πρώτον, η πυρηνική σύντηξη απαιτεί λιγότερα καύσιμα από τη σχάση. Επιπλέον, η σύντηξη πραγματοποιείται με τη χρήση δευτερίου (ισότοπου υδρογόνου) ως καυσίμου, το οποίο είναι αρκετά άφθονο στη φύση. Αντίθετα, το καύσιμο που είναι απαραίτητο για τη σχάση (ουράνιο, πλουτώνιο ή θόριο) είναι πολύ δύσκολο - και εξαιρετικά ακριβό!

Επιπλέον, σε αντίθεση με τη σχάση, η πυρηνική σύντηξη δεν παράγει ραδιενεργά απόβλητα. παράγει μόνο άτομα ηλίου ως υποπροϊόν, τα οποία μπορούμε πραγματικά να χρησιμοποιήσουμε προς όφελός μας με διάφορους τρόπους.

Εφόσον η σύντηξη δεν παράγει αλυσιδωτές αντιδράσεις όπως η σχάση, πρακτικά δεν υπάρχει κίνδυνος κατάρρευσης στην περίπτωση της πυρηνικής σύντηξης.

Έτσι, εάν η σύντηξη είναι τόσο μεγάλη και καλύτερη από τη σχάση από πολλές απόψεις, γιατί δεν χρησιμοποιούμε ήδη τη σύντηξη για την παραγωγή ενέργειας;

Προκλήσεις που σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική σύντηξη

Δεν υπάρχει μόνο ένα, αλλά μερικά πράγματα που μας σταμάτησαν στο παρελθόν και εξακολουθούν να μας καθιστούν αδύνατη τη χρήση της πυρηνικής σύντηξης για την αξιόπιστη παραγωγή ενέργειας. Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικά από αυτά:

Απίστευτα υψηλές απαιτήσεις ενέργειας

Ένας από τους μεγαλύτερους λόγους για τους οποίους δεν καταφέραμε να αξιοποιήσουμε την ισχύ από τη σύντηξη είναι ότι οι ενεργειακές απαιτήσεις του είναι απίστευτα, τρομερά υψηλές.

Για να συμβεί η σύντηξη, χρειάζεστε θερμοκρασία τουλάχιστον 100.000.000 βαθμών Κελσίου. Αυτό είναι λίγο περισσότερο από 6 φορές τη θερμοκρασία του πυρήνα του Ήλιου. Πρέπει να σημειωθεί ότι πειραματικοί αντιδραστήρες σύντηξης υπάρχουν – και λειτουργούν! – αλλά καταναλώνουν πολύ περισσότερη ενέργεια από ό,τι παράγουν, κάτι που ουσιαστικά ακυρώνει τον σκοπό της παραγωγής ενέργειας με τη χρήση σύντηξης.

Θέλω να πω, δεν έχει νόημα η λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα εάν καταλήξετε να του τροφοδοτείτε περισσότερη ενέργεια από ό,τι λαμβάνετε πίσω από αυτόν, σωστά;

Απαιτήσεις υλικού

Όχι μόνο η ενεργειακή απαίτηση για την έναρξη μιας αντίδρασης σύντηξης είναι απίστευτα υψηλή, αλλά είναι επίσης αρκετά δύσκολο να βρεθούν υλικά που να μπορούν να αντέξουν την αντίδραση. Για παράδειγμα, χρειάζεστε ένα ειδικό υλικό που δεν θα κουνιέται όταν θερμαίνεται σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Θα χρειαστείτε επίσης πολύ υγρό ήλιο για να διατηρήσετε όλη τη διάταξη κρύα.

Διατήρηση και περιορισμός της αντίδρασης σύντηξης

Θα χρειαστείτε πολύ υπερβάλλον ενέργειας προκειμένου να συνεχιστεί η αντίδραση σύντηξης μόλις ξεκινήσει. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να είστε σε θέση να δημιουργήσετε αρκετή περίσσεια ενέργειας με την αρχική αντίδραση, ώστε να βοηθήσει άλλα άτομα να συντηχθούν. Επιπλέον, χρειάζεστε μια πολύ περίπλοκη, περίπλοκη και πυκνή ρύθμιση για να φιλοξενήσει ολόκληρη την αντίδραση. Σήμερα, διεξάγουμε αντιδράσεις σύντηξης σε μια μηχανή που ονομάζεται tokamak .

Το tokamak είναι ένα πειραματικό μηχάνημα που έχει σχεδιαστεί για να εκμεταλλεύεται τη δύναμη της σύντηξης.(Φωτογραφία:ITER.org)

Το tokamak αποτελείται από έναν θάλαμο κενού σε σχήμα ντόνατ. Το αέριο διοχετεύεται σε αυτόν τον θάλαμο και η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσω του κέντρου, με αποτέλεσμα το αέριο να φορτίζεται και να σχηματίζει πλάσμα. Αυτό το πλάσμα περιέχεται μέσα στον θάλαμο από πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία.

Ο σχηματισμός πλάσματος είναι καλός, γιατί αυτό θέλουμε, αλλά το πλάσμα είναι εξαιρετικά αγώγιμο. Ουσιαστικά, αρχίζει να σχηματίζει τα δικά του ηλεκτρομαγνητικά ρεύματα και πεδία καθώς μεγεθύνεται, διαταράσσοντας έτσι τα μαγνητικά πεδία που προσπαθούν να το συγκρατήσουν μέσα στον θάλαμο. Δεν έχουμε ακόμη βρει έναν αξιόπιστο τρόπο με τον οποίο τα ρεύματα πλάσματος αυτοσυγκρατούνται, επιτρέποντάς τους να είναι σταθερά και ασφαλή.

Πρέπει επίσης να βρούμε ένα υλικό που να μπορεί να αντέξει τόσο υψηλή ποσότητα θερμότητας για μεγάλο χρονικό διάστημα, προκειμένου να διατηρηθεί η αντίδραση σύντηξης.

Μεταλλουργικά προβλήματα

Οι αντιδράσεις σύντηξης παράγουν νετρόνια υψηλής ενέργειας που χτυπούν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Το στρώμα του αντιδραστήρα που βλέπει στο πλάσμα ονομάζεται πρώτο τοίχωμα . Αυτό το είδος ακτινοβολίας κάνει τα περισσότερα στοιχεία κράματος που χρησιμοποιούνται συνήθως στον χάλυβα να γίνουν ραδιενεργά.

Προς το παρόν, δεν γνωρίζουμε ακριβώς ποια υλικά πρέπει να χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή αντιδραστήρων σύντηξης, ώστε τα τοιχώματά του να αντέχουν στις ακραίες συνθήκες που θα αντιμετωπίσουν.

Προϋπολογισμός και κοινωνικό στίγμα

Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό είναι το υποχρεωτικό πρόβλημα με τα χρήματα. Οτιδήποτε σχετίζεται με την πυρηνική ενέργεια θεωρείται συνήθως μια δύσκολη ιδέα να πουληθεί στις μάζες. Το στοίχημα στην πυρηνική σύντηξη μοιάζει με επένδυση πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων χωρίς εγγύηση της επιτυχίας.

Επιπλέον, υπάρχει ένα κοινωνικό στίγμα γύρω από την πυρηνική ενέργεια που κάνει πολλούς να πιστεύουν ότι «η πυρηνική ενέργεια είναι κακή». Πρώτον, υπάρχει ο περιβόητος «κίνδυνος ακτινοβολίας». Αυτό επιδεινώνεται περαιτέρω από ατυχή περιστατικά όπως το Τσερνόμπιλ, η Φουκουσίμα κ.λπ. Είναι επίσης σημαντικό να θυμόμαστε ότι πολλοί άνθρωποι συνδέουν τη λέξη «πυρηνικό» με όπλα μαζικής καταστροφής (π.χ. ατομικές βόμβες, βόμβες υδρογόνου κ.λπ.), τα οποία είναι ικανά να σκουπίσουν ολόκληρες πόλεις.

Για να πούμε την αλήθεια, η πυρηνική (είτε σχάση είτε σύντηξη) είναι μια από τις πιο «καθαρές» και ασφαλέστερες πηγές ενέργειας που έχουμε στη διάθεσή μας σήμερα. Ωστόσο, απέχουμε χρόνια από το να καταστήσουμε την πυρηνική σύντηξη μια τεχνικά και οικονομικά βιώσιμη διαδικασία. Μόλις αξιοποιηθεί και ελέγχεται η δύναμη της σύντηξης, δεν θα χρειάζεται πλέον να ανησυχούμε μήπως τελειώσει η ισχύς… ποτέ!