Πριν από δύο εβδομάδες, το Εργαστήριο Ανάφλεξης (
National
Ignition
Facility
–
NIF) των ΗΠΑ πυροδότησε τα 192
τεράστια λέιζερ που διαθέτει ταυτόχρονα. Η έκλαμψη ήταν ο μεγαλύτερος παλμός λέιζερ
που δημιουργήθηκε ποτέ. Μέσα στους επόμενους μήνες, το
NIF θα αυξήσει στο έπακρο την ισχύ στην
προσπάθειά του να προκαλέσει ανάφλεξη, δηλαδή μια αλυσιδωτή αντίδραση σύντηξης
που θα απελευθερώσει περισσότερη ενέργεια από αυτή που εισήχθηκε. Εάν λειτουργήσει,
θα είναι ένα τεράστιο κατόρθωμα, καθώς θα είναι η πρώτη φορά που θα έχει γίνει
κάτι τέτοιο μέσω της συγκεκριμένης μεθόδου.
Υπάρχουν όμως και άλλες πλευρές σε αυτή την ιστορία.
Τα καλά νέα
Το εργαστήριο εργάζεται προς ένα από τους πιο φιλόδοξους
στόχους παγκοσμίως: Να καταστήσει εμπορική την παραγωγή ενέργειας από πυρηνική
σύντηξη. Την ημέρα που θα επιτύχουμε αυτό το στόχο, όλα τα ενεργειακά μας προβλήματα
έχουν ουσιαστικά λυθεί.
Το
NIF
δεν είναι το πιο ισχυρό λέιζερ στον κόσμο (διότι η ισχύς τους
είναι μέτρο της ενέργειας ανά μονάδα χρόνου). Όμως όταν πυροδοτείται, η συνολική
ενέργεια των δεσμών του είναι μακράν η μεγαλύτερη. Ξεπερνά το ένα εκατομμύριο
joules (1
MJ), δηλαδή έχει την ενέργεια μισής δέσμης
δυναμίτη. Το κάνει αυτό όμως χίλιες φορές πιο αργά από ότι το πιο ισχυρό λέιζερ.
Η ενέργεια λοιπόν από τις δέσμες λέιζερ κατευθύνεται
προς το κέντρο από όλες τις κατευθύνσεις, ξεκινώντας από μια γιγάντια σφαίρα προς
ένα συγκεκριμένο σημείο στο κέντρο της. Εκεί βρίσκεται ένας μικρό σφαιρίδιο με
διάμετρο γύρω στα 2 χιλιοστά, το οποίο είναι τοποθετημένο μέσα σε ένα επίσης μικρό
δοχείο, το οποίο ονομάζεται
hohlraum («κενό
δωμάτιο» στα γερμανικά). Η ενέργεια των λέιζερ θερμαίνει το δοχείο σε απίστευτα
υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες το κάνουν να εκπέμπει ακτίνες Χ. Στη συνέχεια,
οι ακτίνες αυτές πέφτουν πάνω στο σφαιρίδιο στο κέντρο του.
Το ίδιο το σφαιρίδιο αποτελείται από δευτέριο και
τρίτιο, τα οποία είναι ισότοπα του υδρογόνου. Το κόλπο είναι να πετύχεις το
σφαιρίδιο από όλες τις πλευρές ισόρροπα, ώστε να γίνει όσο πιο μικρό γίνεται. Όταν
ασκηθεί αρκετή πίεση, τότε προκαλείται σύντηξη του δευτέριου και του τρίτιου,
απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας, γύρω στα 20
MJ (όσο δηλαδή 10 δεσμίδες
δυναμίτη).
Τα κακά νέα
Αν όμως το σφαιρίδιο δεν στοχευθεί ισόρροπα, τότε
συμπεριφέρεται σαν μια πέτρα. Αν για παράδειγμα το συμπιέσεις μόνο στη μέση, τότε
παίρνει το σχήμα ενός πούρου και αν το συμπιέσεις πάνω και κάτω, τότε γίνεται
σαν τηγανίτα. Η πίεση πρέπει να είναι ταυτόχρονη από όλες τις πλευρές για να
συρρικνωθεί και να γίνει η σύντηξη. Αυτό είναι μια τεράστια τεχνική πρόκληση.
Ακόμα χειρότερα, το
NIF
έχει
μια μακρά ιστορία στο να ξεπερνάει τους προϋπολογισμούς και να καθυστερεί.
Αρχικά θα στοίχιζε μόλις 1 δις δολάρια και θα ξεκινούσε το 2002, αλλά έκτοτε
στοίχισε 4 δις δολάρια και μόλις τώρα λειτουργεί κανονικά. Η ημερομηνία για την
ανάφλεξη αναβλήθηκε πολλές φορές και το έργο ανασχεδιάστηκε όταν μια έρευνα το
2000 έκρινε πως δεν ήταν σωστός ο σχεδιασμός.
Τα άσχημα νέα
Ιδού λοιπόν τα πολύ άσχημα νέα:
Ακόμα και αν όλα εξελιχθούν όπως προβλέπεται, το
καλύτερο σενάριο λέει ότι το σφαιρίδιο θα παράγει 20 ή ακόμα και 40
MJ
ενέργειας.
Είναι περισσότερη από την ισχύ των λέιζερ, οπότε φαίνεται πως θα κερδίζουμε ενέργεια.
Όμως, η ενέργεια που χρειάζεται για την φόρτιση των λέιζερ είναι της τάξης των
422
MJ! Άρα
επενδύουμε 422
MJ για
να πάρουμε πίσω 20 και συνεχίζουμε να χάνουμε ενέργεια!
Το μακροπρόθεσμο σχέδιο είναι να ξεπεραστεί αυτή
η δυσκολία μέσω σχεδιαστικών βελτιώσεων. Το πραγματικό πρόβλημα όμως εν τέλει
για την σύντηξη είναι ότι οι βελτιώσεις αυτές είναι δύσκολες, ακριβές και χρειάζονται
πολλά χρόνια για να επιτευχθούν.
Υπάρχει ένα παλιό αστείο ανάμεσα στους ερευνητές της
σύντηξης: «Απέχει 40 χρόνια». Από τη δεκαετία του 1970, η σύντηξη απέχει πάντα
40 χρόνια από σήμερα και αυτό μάλλον εξακολουθεί να ισχύει και σήμερα. Οι πιο
αισιόδοξες εκτιμήσεις του
NIF
τοποθετούν τις εμπορικές εφαρμογές από το 2035 και μετά. Λίγοι
είναι αυτοί που περιμένουν ότι ο φιλόδοξος στόχος θα επιτευχθεί για ένα σχέδιο
που ποτέ δεν τήρησε τις ημερομηνίες του.
Το
NIF και
ο αντιδραστήρας
ITER, ο
οποίος ακολουθεί μια εντελώς άλλη μέθοδο για την σύντηξη στην Ευρώπη, είναι τα
δύο μεγαλύτερα προγράμματα παγκοσμίως στον συγκεκριμένο τομέα. Είναι εξ ίσου
μεγάλα και ακόμη πιο δύσκολα σε σύγκριση με τον επιταχυντή αδρονίων του
CERN, ο οποίος πρόσφατα εντόπισε
το μποζόνιο του Χιγκς.
Όμως, τα μεγάλα σχέδια απαιτούν υπομονή και τεράστιες
επενδύσεις. Δυστυχώς, η τωρινή προσέγγιση μπορεί να κρατήσει την σύντηξη 40 χρόνια
μακριά επ αόριστον.
(Ο Τομ Χάρτφιλντ είναι διδακτορικός φοιτητής στο
πανεπιστήμιο του Τέξας)