Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances, το επίτευγμα αφορά την υπέρβαση ενός κρίσιμου ορίου στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων, το οποίο μέχρι σήμερα αποσταθεροποιούσε τη λειτουργία του τοκαμάκ, της εγκατάστασης όπου πραγματοποιείται η σύντηξη
Η Κίνα επενδύει εδώ και χρόνια δισεκατομμύρια δολάρια στην έρευνα για την πυρηνική σύντηξη, μια τεχνολογία που θεωρείται δυνητικά επαναστατική για την παγκόσμια ενεργειακή αγορά, αλλά μέχρι σήμερα δυσκολευόταν να ανταποκριθεί στις μεγάλες υποσχέσεις της.
Τώρα, Κινέζοι επιστήμονες αναφέρουν ένα ακόμη σημαντικό επίτευγμα, καθώς κατάφεραν να παρατηρήσουν πειραματικά μια κατάσταση της ύλης που μέχρι πρότινος υπήρχε μόνο σε θεωρητικό επίπεδο.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances, το επίτευγμα αφορά την υπέρβαση ενός κρίσιμου ορίου στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων, το οποίο μέχρι σήμερα αποσταθεροποιούσε τη λειτουργία του τοκαμάκ, της εγκατάστασης όπου πραγματοποιείται η σύντηξη.
Πρόκειται ουσιαστικά για ακόμη ένα εμπόδιο που ξεπερνιέται στην πορεία προς τη διατηρήσιμη πυρηνική σύντηξη, η οποία ωστόσο εκτιμάται ότι παραμένει ακόμη αρκετά χρόνια μακριά.
Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, η λειτουργία με υψηλή πυκνότητα πλάσματος είναι κρίσιμη ώστε ένα τοκαμάκ να φτάσει σε ενεργειακή ισορροπία και σε καθεστώς «καύσης πλάσματος».
Ωστόσο, στη λειτουργία των τοκαμάκ υπάρχει συνήθως ένα εμπειρικό ανώτατο όριο πυκνότητας ηλεκτρονίων, γνωστό ως όριο Greenwald, πέρα από το οποίο τα συστήματα τείνουν να αποσταθεροποιούνται.
Η επίτευξη σταθερής λειτουργίας πάνω από αυτό το όριο αποτελεί εδώ και δεκαετίες μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της έρευνας στη μαγνητική συγκράτηση της σύντηξης.
Που έγκειται η δυσκολία
Η δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι, όταν προσεγγίζεται αυτό το ανώτατο όριο, το πλάσμα γίνεται ασταθές και επιρρεπές σε αιφνίδιες εκλύσεις ενέργειας, όπως ανέφερε και το κρατικό πρακτορείο Xinhua. Το πρόβλημα εντοπίζεται κυρίως στο όριο μεταξύ του πλάσματος και των τοιχωμάτων του τοκαμάκ. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα θεωρητικό μοντέλο για την αλληλεπίδραση πλάσματος και τοιχωμάτων και στη συνέχεια το αξιοποίησε πειραματικά, χειραγωγώντας το πλάσμα με τρόπο που του επέτρεψε να υπερβεί το όριο Greenwald χωρίς να καταστεί ασταθές.
Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες απέδειξαν πειραματικά την ύπαρξη μιας λεγόμενης «ζώνης χωρίς όριο πυκνότητας», η οποία μέχρι σήμερα είχε μόνο θεωρητικά προβλεφθεί. Το επίτευγμα αυτό δεν σημαίνει ότι οι αντιδραστήρες σύντηξης θα γίνουν πραγματικότητα μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια, αποτελεί όμως ένα ακόμη μικρό αλλά ουσιαστικό βήμα προς την κατεύθυνση ενός λειτουργικού αντιδραστήρα.
Η πυρηνική σύντηξη είναι η φυσική διεργασία που τροφοδοτεί με ενέργεια τον Ήλιο και τα υπόλοιπα άστρα, κατά την οποία τεράστια ποσά ενέργειας παράγονται από τη σύντηξη ελαφρών ατόμων, όπως το υδρογόνο, σε βαρύτερα στοιχεία, όπως το ήλιο. Για δεκαετίες θεωρείται η ιδανική λύση για παραγωγή ενέργειας χωρίς εκπομπές και χωρίς επικίνδυνα απόβλητα, ωστόσο κανείς δεν έχει καταφέρει ακόμη να ξεκλειδώσει πλήρως τη διαδικασία σε εμπορική κλίμακα, λόγω των ακραίων συνθηκών που απαιτούνται.
Η αργή πρόοδος της έρευνας έχει καλλιεργήσει έντονο σκεπτικισμό για το κατά πόσο η σύντηξη μπορεί να εφαρμοστεί στην κλίμακα που απαιτείται για την κάλυψη των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών. Η Κίνα, πάντως, εμφανίζεται αισιόδοξη, θέτοντας ως στόχο τη λειτουργία ενός πλήρως επιχειρησιακού αντιδραστήρα σύντηξης έως το 2030. Μόνο την τελευταία τριετία, η χώρα έχει δαπανήσει έως και 13 δισ. δολάρια για σχετική έρευνα, επενδύοντας παράλληλα σε περισσότερες από μία τεχνολογικές προσεγγίσεις.
Συγκεκριμένα, η Κίνα αναπτύσσει τρεις διαφορετικές μεθόδους σύντηξης: τη μαγνητική συγκράτηση, την αδρανειακή συγκράτηση και τη μαγνητο-αδρανειακή. Η πρώτη βασίζεται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία, ενώ η δεύτερη χρησιμοποιεί λέιζερ. Το υφιστάμενο κινεζικό τοκαμάκ λειτουργεί με μαγνητική συγκράτηση, ωστόσο κατασκευάζεται και δεύτερη εγκατάσταση, για την οποία υπάρχουν εικασίες ότι ενδέχεται να αξιοποιεί τεχνολογία λέιζερ ή ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα.
Η έρευνα και ανάπτυξη στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης έχει επιταχυνθεί διεθνώς τα τελευταία χρόνια, έπειτα από σειρά σημαντικών επιτευγμάτων, ωστόσο τα μεγάλα μηχανικά και τεχνολογικά εμπόδια για την εμπορική αξιοποίηση παραμένουν. Στις Ηνωμένες Πολιτείες αυξάνεται παράλληλα η ανησυχία ότι η πρόοδος της Κίνας στη σύντηξη θα μπορούσε να της προσδώσει σημαντικό στρατηγικό πλεονέκτημα στο μέλλον.
«Οι τεχνολογίες ενέργειας από σύντηξη πρέπει να αναπτυχθούν και να αξιοποιηθούν από χώρες που σέβονται τις δημοκρατικές αξίες, τη διαφάνεια και τη διεθνή συνεργασία και όχι από αυταρχικά καθεστώτα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν την ενεργειακή κυριαρχία ως όπλο», είχε δηλώσει πέρυθσι ο Ρεπουμπλικανός βουλευτής Ράντι Γουέμπερ, πρόεδρος της αρμόδιας υποεπιτροπής Ενέργειας της Επιτροπής Επιστήμης της Βουλής των Αντιπροσώπων, καλώντας σε επιτάχυνση της αμερικανικής έρευνας στον τομέα.
www.worldenergynews.gr
Τώρα, Κινέζοι επιστήμονες αναφέρουν ένα ακόμη σημαντικό επίτευγμα, καθώς κατάφεραν να παρατηρήσουν πειραματικά μια κατάσταση της ύλης που μέχρι πρότινος υπήρχε μόνο σε θεωρητικό επίπεδο.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances, το επίτευγμα αφορά την υπέρβαση ενός κρίσιμου ορίου στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων, το οποίο μέχρι σήμερα αποσταθεροποιούσε τη λειτουργία του τοκαμάκ, της εγκατάστασης όπου πραγματοποιείται η σύντηξη.
Πρόκειται ουσιαστικά για ακόμη ένα εμπόδιο που ξεπερνιέται στην πορεία προς τη διατηρήσιμη πυρηνική σύντηξη, η οποία ωστόσο εκτιμάται ότι παραμένει ακόμη αρκετά χρόνια μακριά.
Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, η λειτουργία με υψηλή πυκνότητα πλάσματος είναι κρίσιμη ώστε ένα τοκαμάκ να φτάσει σε ενεργειακή ισορροπία και σε καθεστώς «καύσης πλάσματος».
Ωστόσο, στη λειτουργία των τοκαμάκ υπάρχει συνήθως ένα εμπειρικό ανώτατο όριο πυκνότητας ηλεκτρονίων, γνωστό ως όριο Greenwald, πέρα από το οποίο τα συστήματα τείνουν να αποσταθεροποιούνται.
Η επίτευξη σταθερής λειτουργίας πάνω από αυτό το όριο αποτελεί εδώ και δεκαετίες μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της έρευνας στη μαγνητική συγκράτηση της σύντηξης.
Που έγκειται η δυσκολία
Η δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι, όταν προσεγγίζεται αυτό το ανώτατο όριο, το πλάσμα γίνεται ασταθές και επιρρεπές σε αιφνίδιες εκλύσεις ενέργειας, όπως ανέφερε και το κρατικό πρακτορείο Xinhua. Το πρόβλημα εντοπίζεται κυρίως στο όριο μεταξύ του πλάσματος και των τοιχωμάτων του τοκαμάκ. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα θεωρητικό μοντέλο για την αλληλεπίδραση πλάσματος και τοιχωμάτων και στη συνέχεια το αξιοποίησε πειραματικά, χειραγωγώντας το πλάσμα με τρόπο που του επέτρεψε να υπερβεί το όριο Greenwald χωρίς να καταστεί ασταθές.
Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες απέδειξαν πειραματικά την ύπαρξη μιας λεγόμενης «ζώνης χωρίς όριο πυκνότητας», η οποία μέχρι σήμερα είχε μόνο θεωρητικά προβλεφθεί. Το επίτευγμα αυτό δεν σημαίνει ότι οι αντιδραστήρες σύντηξης θα γίνουν πραγματικότητα μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια, αποτελεί όμως ένα ακόμη μικρό αλλά ουσιαστικό βήμα προς την κατεύθυνση ενός λειτουργικού αντιδραστήρα.
Η πυρηνική σύντηξη είναι η φυσική διεργασία που τροφοδοτεί με ενέργεια τον Ήλιο και τα υπόλοιπα άστρα, κατά την οποία τεράστια ποσά ενέργειας παράγονται από τη σύντηξη ελαφρών ατόμων, όπως το υδρογόνο, σε βαρύτερα στοιχεία, όπως το ήλιο. Για δεκαετίες θεωρείται η ιδανική λύση για παραγωγή ενέργειας χωρίς εκπομπές και χωρίς επικίνδυνα απόβλητα, ωστόσο κανείς δεν έχει καταφέρει ακόμη να ξεκλειδώσει πλήρως τη διαδικασία σε εμπορική κλίμακα, λόγω των ακραίων συνθηκών που απαιτούνται.
Η αργή πρόοδος της έρευνας έχει καλλιεργήσει έντονο σκεπτικισμό για το κατά πόσο η σύντηξη μπορεί να εφαρμοστεί στην κλίμακα που απαιτείται για την κάλυψη των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών. Η Κίνα, πάντως, εμφανίζεται αισιόδοξη, θέτοντας ως στόχο τη λειτουργία ενός πλήρως επιχειρησιακού αντιδραστήρα σύντηξης έως το 2030. Μόνο την τελευταία τριετία, η χώρα έχει δαπανήσει έως και 13 δισ. δολάρια για σχετική έρευνα, επενδύοντας παράλληλα σε περισσότερες από μία τεχνολογικές προσεγγίσεις.
Συγκεκριμένα, η Κίνα αναπτύσσει τρεις διαφορετικές μεθόδους σύντηξης: τη μαγνητική συγκράτηση, την αδρανειακή συγκράτηση και τη μαγνητο-αδρανειακή. Η πρώτη βασίζεται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία, ενώ η δεύτερη χρησιμοποιεί λέιζερ. Το υφιστάμενο κινεζικό τοκαμάκ λειτουργεί με μαγνητική συγκράτηση, ωστόσο κατασκευάζεται και δεύτερη εγκατάσταση, για την οποία υπάρχουν εικασίες ότι ενδέχεται να αξιοποιεί τεχνολογία λέιζερ ή ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα.
Η έρευνα και ανάπτυξη στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης έχει επιταχυνθεί διεθνώς τα τελευταία χρόνια, έπειτα από σειρά σημαντικών επιτευγμάτων, ωστόσο τα μεγάλα μηχανικά και τεχνολογικά εμπόδια για την εμπορική αξιοποίηση παραμένουν. Στις Ηνωμένες Πολιτείες αυξάνεται παράλληλα η ανησυχία ότι η πρόοδος της Κίνας στη σύντηξη θα μπορούσε να της προσδώσει σημαντικό στρατηγικό πλεονέκτημα στο μέλλον.
«Οι τεχνολογίες ενέργειας από σύντηξη πρέπει να αναπτυχθούν και να αξιοποιηθούν από χώρες που σέβονται τις δημοκρατικές αξίες, τη διαφάνεια και τη διεθνή συνεργασία και όχι από αυταρχικά καθεστώτα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν την ενεργειακή κυριαρχία ως όπλο», είχε δηλώσει πέρυθσι ο Ρεπουμπλικανός βουλευτής Ράντι Γουέμπερ, πρόεδρος της αρμόδιας υποεπιτροπής Ενέργειας της Επιτροπής Επιστήμης της Βουλής των Αντιπροσώπων, καλώντας σε επιτάχυνση της αμερικανικής έρευνας στον τομέα.
www.worldenergynews.gr
