Σφαιρικά Συστήματα Σύντηξης και Μαγιονέζα – Ανασχεδιάζοντας τις Μελλοντικές μας Ανάγκες Ενέργειας

Η ενέργεια σύντηξης είναι τόσο παλιά όσο το κοσμικό μας σύστημα. Τροφοδοτεί τον ήλιο και τα αστέρια. Ωστόσο, η εφαρμογή της στον πλανήτη μας είναι ακόμη πειραματική.

Σύμφωνα με μια αναφορά στα μέσα Ιουλίου, οι επενδύσεις στον τομέα αυξήθηκαν κατά περισσότερο από 900 εκατομμύρια δολάρια φέτος, φθάνοντας περίπου τα 7,1 δισεκατομμύρια δολάρια. Ωστόσο, οι ειδικοί πιστεύουν ότι η αύξηση των επενδύσεων δεν είναι ακόμη επαρκής. Είναι χαμηλότερη από την άνοδο των 1,4 δισεκατομμυρίων δολαρίων που επιτεύχθηκε πέρυσι και των 2,8 δισεκατομμυρίων δολαρίων το 2022.

Σύμφωνα με τον Andrew Holland, επικεφαλής του Fusion Industry Association:

«Η ανάπτυξη που παρατηρήθηκε τους τελευταίους 12 μήνες είναι θετική, αλλά δεν θα είναι αρκετή για να επιτύχει τους φιλόδοξους στόχους της σύντηξης.»

Όπως σε κάθε άλλο τομέα, η ανάπτυξη μπορεί να επιτευχθεί μόνο μέσω καινοτομίας. Σήμερα, θα εξερευνήσουμε μια τέτοια αποδοτική και κρίσιμη καινοτομία—που στοχεύει στην εξάλειψη της ανάγκης για έναν ωμικό θερμαντικό σολενόειδο—η οποία θα μπορούσε να είναι ο πιο επιδραστικός παράγοντας σχεδίασης για την υλοποίηση οικονομικών, συμπαγών αντιδραστήρων σύντηξης τύπου τοκάμακ.

Αλλά πριν εμβαθύνουμε περισσότερο στην έρευνα και τις συνέπειές της, πρέπει να έχουμε μια σύντομη επισκόπηση του πώς λειτουργεί η επιστήμη της ενέργειας σύντηξης και του ρόλου που παίζουν τα συστήματα τοκάμακ σε αυτήν.

Η Επιστήμη της Ενέργειας Σύντηξης και των Συστημάτων Τοκάμακ

Αυτή είναι μια διεπιστημονική περιοχή της επιστήμης που στοχεύει στην ανάπτυξη μιας πηγής ενέργειας βασισμένης σε ελεγχόμενη σύντηξη. Η βασική αρχή της σύντηξης περιλαμβάνει τη συνένωση δύο πυρήνων για να σχηματιστεί ένας πυρήνας.

Σε πιο πρακτικό επίπεδο, η σύντηξη στη Γη περιλαμβάνει τη δημιουργία συνθηκών που οδηγούν στη δημιουργία διαρκών πλάσματος, τα οποία είναι αέρια τόσο θερμά που τα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται από τους ατομικούς πυρήνες. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία για να ελέγξουν τη συλλογή ιόντων και ηλεκτρονίων, επειδή έχουν ηλεκτρικά φορτία. Ο μηχανισμός αυτός είναι αυτός που εμπνέει το όνομα ελεγχόμενη σύντηξη.

Τα συστήματα τοκάμακ βοηθούν στον περιορισμό του πλάσματος χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία σε σχήμα ντόνατ που ονομάζεται τόρος. Με τα χρόνια, τα τοκάμακ έχουν αναδειχθεί ως η κυρίαρχη έννοια περιορισμού πλάσματος για τα μελλοντικά εργοστάσια ενέργειας σύντηξης. Η έρευνα που θα συζητήσουμε στο επόμενο τμήμα αφορά τη βελτιστοποίηση του χώρου του τοκάμακ. 

Συμπαγή, Σφαιρικά Συστήματα Σύντηξης: Ένα Μικρότερο Τοκάμακ ως Πιο Οικονομική Επιλογή Σύντηξης

Μια εκτεταμένη ομάδα ερευνητών βρίσκεται στην ηγεσία αυτής της έρευνας, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE), το Πειραματικό Εργαστήριο Πλάσματος του Πρίνστον (PPPL), την ιδιωτική εταιρεία Tokamak Energy και το Πανεπιστήμιο Κιουσού στην Ιαπωνία. Η πρότασή τους είναι απλή ως προς την ιδέα: ένα συμπαγές, σφαιρικό πιλοτικό εργοστάσιο σύντηξης που θερμαίνει το πλάσμα χρησιμοποιώντας μόνο μικροκύματα.

 Η χρήση μικροκυμάτων θα εξαλείψει την ανάγκη για μια τεράστια σπείρα από χαλκό, που ονομάζεται σολενόειδο, τοποθετημένη κοντά στο κέντρο του σκάφους για τη θέρμανση του πλάσματος.

Καθώς εξηγούσε τη χρησιμότητα της αφαίρεσης αυτής της συμβατικής ωμικής θέρμανσης, η Mayasuki Ono, κύρια ερευνήτρια φυσικός στο PPPL και η κύρια συγγραφέας του άρθρου, είπε:

«Ένα συμπαγές, σφαιρικό πλάσμα τοκάμακ μοιάζει με ένα μήλο με πυρήνα, με σχετικά μικρό πυρήνα, έτσι δεν υπάρχει χώρος για μια ωμική θήκη θέρμανσης. Αν δεν χρειάζεται να συμπεριλάβουμε μια ωμική θήκη θέρμανσης, πιθανώς μπορούμε να σχεδιάσουμε μια μηχανή που είναι πιο εύκολη και φθηνότερη στην κατασκευή.»

Για την επίτευξη του στόχου του, το πείραμα αξιοποιεί μια τεχνολογία που ονομάζεται ECCD (Electron Cyclotron Current Drive), η οποία μπορεί ταυτόχρονα να δημιουργήσει ρεύμα και να θερμάνει το πλάσμα. Οι ερευνητές έχουν επίσης αναπτύξει έναν κώδικα υπολογιστή που ονομάζεται TORAY, ο οποίος, σε συνδυασμό με έναν άλλο που ονομάζεται TRANSP, μπορεί να σαρώσει τις γωνίες στόχευσης της δέσμης για να διαπιστώσει τη μέγιστη απόδοση και να ελαχιστοποιήσει την απαιτούμενη ισχύ για την παροχή του απαραίτητου ρεύματος.

Οι ερευνητές έχουν επίσης προσδιορίσει τη λειτουργία του ECCD που θα λειτουργούσε καλύτερα για κάθε φάση της διαδικασίας θέρμανσης. Οι πιθανές επιλογές περιλαμβάνουν δύο λειτουργίες:

• Λειτουργία O ή κανονική λειτουργία
• Λειτουργία X ή εξαιρετική λειτουργία

Και οι δύο λειτουργίες είναι χρήσιμες και συμβάλλουν στη συνολική λειτουργία του συστήματος. Η λειτουργία X λειτουργεί καλύτερα όταν χρειάζεται να αυξηθεί η θερμοκρασία και το ρεύμα του πλάσματος. Η λειτουργία O είναι η πιο κατάλληλη επιλογή για τη διατήρηση της θερμοκρασίας και του ρεύματος του πλάσματος μετά την αύξηση.

Συνοψίζοντας τις εναλλακτικές επιλογές θέρμανσης, η Ono είπε:

«Η λειτουργία O είναι καλή για πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πυκνότητας. Αλλά διαπιστώσαμε ότι η απόδοση της λειτουργίας O γίνεται πολύ χαμηλή σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, οπότε χρειάζεται κάτι άλλο για να καλύψει το χαμηλό θερμοκρασιακό καθεστώς.»

Οι ερευνητές τόνισαν επίσης τη σημασία της διατήρησης του πλάσματος χωρίς ακαθαρσίες. Ισχυρά μαγνητικά πεδία περιορίζουν κυρίως το πλάσμα μέσα σε ένα τοκάμακ σε συγκεκριμένο σχήμα, αλλά μερικές φορές το πλάσμα μπορεί να πλησιάσει τα εσωτερικά τοιχώματα του τοκάμακ, επιτρέποντας στα άτομα από τα τοιχώματα να αποσπαστούν και να εισέλθουν στο πλάσμα.

Ενώ οι ερευνητικές προτάσεις είναι ακόμη πειραματικές, μπορούμε ήδη να δούμε τη συμμετοχή εμπορικών οντοτήτων που μπορούν να προωθήσουν αυτή τη λύση, να την κλιμακώσουν, και να κάνουν την εφαρμογή της ενέργειας σύντηξης πιο βελτιστοποιημένη και ενεργειακά αποδοτική. Στο επόμενο τμήμα, συζητάμε για την Tokamak, την εταιρεία που έχει ήδη συμμετάσχει στη διαδικασία.

#1. Tokamak Energy Inc.

Η Tokamak βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ανάπτυξης της τεχνολογίας που απαιτείται για την επιτυχή παροχή ενέργειας σύντηξης τη δεκαετία του 2030. Το όραμά της είναι να κάνει την ενέργεια σύντηξης καθαρή, ασφαλή, προσιτή και άμεσα διαθέσιμη.

Μέχρι στιγμής, η εταιρεία έχει καταγράψει 77 οικογένειες αιτήσεων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και έχει συγκεντρώσει συνολικά 250 εκατομμύρια δολάρια. Από αυτά τα 250 εκατομμύρια δολάρια, 200 εκατομμύρια προέρχονται από ιδιωτικούς επενδυτές, και το υπόλοιπο από τις κυβερνήσεις του Ηνωμένου Βασιλείου και των ΗΠΑ.

Στην επιχειρησιακή της ζωή, η εταιρεία έχει προσθέσει πολλά επιτεύγματα στο καπέλο της. Για παράδειγμα, το 2022, η εταιρεία έγινε η πρώτη ιδιωτική εταιρεία σύντηξης που πέτυχε θερμοκρασία ιόντων πλάσματος 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου σε ένα τοκάμακ, το όριο για σύντηξη σε εμπορική κλίμακα.

Το ίδιο έτος, η εταιρεία απονεμήθηκε επίσης με το υψηλότερο «τριπλό προϊόν» πλάσματος από οποιαδήποτε ιδιωτική εταιρεία σύντηξης, ένα βασικό μέτρο της θερμοκρασίας του πλάσματος και του χρόνου περιορισμού.

Έχουμε ήδη συζητήσει το σφαιρικό Τοκάμακ, το οποίο είναι μία από τις πιο ερευνημένες και ευρέως αναγνωρισμένες διαδρομές προς την ενέργεια σύντηξης. Τα πλεονεκτήματά του περιλαμβάνουν την επιχειρησιακή αποδοτικότητα, τη σταθερότητα του πλάσματος και το κόστος-αποδοτικότητα.

Το ST40 υψηλού πεδίου συμπαγές σφαιρικό τοκάμακ της Tokamak είναι ένα από τα πιο προηγμένα σε αυτόν τον τομέα. Μέσω αυτού, η Tokamak πέτυχε θερμοκρασία ιόντων πλάσματος 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, που ήταν έξι φορές πιο ζεστή από το κέντρο του Ήλιου.

Η Tokamak κατασκευάζει επίσης ένα σύστημα μαγνήτη Demo4 σε μια ειδικά σχεδιασμένη δοκιμαστική εγκατάσταση. Το σύστημα αποτελείται από 44 μεμονωμένες σπείρες HTS που συναρμολογούνται σε 14 βραχίονες τορικοτικού πεδίου και δύο πολικών πεδίων σε δομή σχήματος κλουβιού. Μπορεί να λειτουργήσει σε κενό στα 20 Κέλβιν (-250°C) με ένταση μαγνητικού πεδίου σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές ισχυρότερη από το μαγνητικό πεδίο της Γης.

#2. Helion

Μια άλλη εταιρεία που κάνει επαναστατική δουλειά σε αυτόν τον τομέα είναι η Helion. Η εταιρεία ισχυρίζεται ότι έχει κατασκευάσει το πρώτο παγκοσμίως εργοστάσιο ενέργειας σύντηξης. Ο γεννήτριας σύντηξης της Helion είναι επίσης ικανή να ανεβάσει το καύσιμο σύντηξης σε θερμοκρασίες πάνω από 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Επιπλέον, μπορεί να εξάγει ηλεκτρισμό με μια υψηλής απόδοσης παλμική προσέγγιση.

Σε τεχνολογικό επίπεδο, η λύση της Helion αξιοποιεί τεχνολογία μαγνητο-αδρανειακής σύντηξης. Η τεχνολογία της Helion έχει τρία ξεχωριστά χαρακτηριστικά που την διαφοροποιούν από άλλες προσεγγίσεις σε αυτόν τον χώρο. Για να επιτρέπεται η ρύθμιση της ισχύος εξόδου ανάλογα με τις ανάγκες, η εταιρεία αξιοποιεί ένα παλμικό, μη ανάφλεξης σύστημα σύντηξης.

Παρόμοια με το πώς λειτουργεί ένα σύστημα αναγεννητικής πέδησης σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, το σύστημα Helion μπορεί να ανακτήσει άμεσα ηλεκτρισμό. Αυτό κάνει το σύστημα Helion πολύ πιο ενεργειακά αποδοτικό, καθώς τα άλλα διαθέσιμα συστήματα σύντηξης θερμαίνουν νερό για να δημιουργήσουν ατμό που κινεί την τουρμπίνα, χάνοντας πολύ ενέργεια στη διαδικασία.

Η Helion χρησιμοποιεί δευτέριο και ήλιο-3 (D-³He) ως καύσιμο. Η σύντηξη αυτών των δύο παράγει φορτισμένα σωματίδια που μπορούν να ανακτηθούν άμεσα ως ηλεκτρισμό, διατηρώντας το σύστημα μικρό, αποδοτικό, γρήγορο και οικονομικό. Η χρήση δευτερίου και ήλιου-3 (D-³He) ως καυσίμου βοηθά στη μείωση των εκπομπών νετρονίων και μειώνει σημαντικά τις τεχνικές προκλήσεις που προκύπτουν από τη χρήση καυσίμου δευτερίου-τρίτιου.

Σημαντικό είναι ότι η εταιρεία πιστεύει ότι η ενέργεια σύντηξης της θα μπορούσε να γίνει μία από τις πιο χαμηλού κόστους πηγές ηλεκτρισμού, ιδανικά παράγοντας ηλεκτρισμό με κόστος 0,01 δολαρίου ανά kWh.

Σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες διαθέσιμες πληροφορίες, η εταιρεία, που ιδρύθηκε το 2008, θα μπορούσε να συγκεντρώσει 500 εκατομμύρια δολάρια μέχρι το τέλος του 2021, φθάνοντας σε αποτίμηση 1,25 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Αυτή η τελευταία γύρος χρηματοδότησης ηγήθηκε από τον Sam Altman, Διευθύνοντα Σύμβουλο της OpenAI, ο οποίος επένδυσε προσωπικά 375 εκατομμύρια δολάρια, υπογραμμίζοντας την ισχυρή πεποίθηση στην δυνατότητα της Helion να επαναστατικοποιήσει την παραγωγή ενέργειας μέσω τεχνολογίας σύντηξης. Η συνολική χρηματοδότηση ανέρχεται τώρα στα 577 εκατομμύρια δολάρια, τα οποία θα διατεθούν για την ολοκλήρωση του έβδομου πρωτοτύπου της Helion, Polaris, και για την προώθηση της εμπορευματοποίησης της ενέργειας σύντηξης μέχρι το 2024.

Η προηγμένη τεχνολογική εργασία από εταιρείες όπως η Tokamak και η Helion βοηθάει τον χώρο της ενέργειας σύντηξης να κάνει μεγάλα βήματα. Η συγκεκριμένη έρευνα που αναφέραμε για να ξεκινήσουμε τη συζήτησή μας ήταν αποτέλεσμα μιας ιδιωτικής-δημόσιας συνεργασίας. Δείχνει ότι υπάρχει μια σταθερή και συστηματική μεταφορά γνώσης και ικανοτήτων μεταξύ ερευνητικών ιδρυμάτων και εμπορικών εταιρειών.

Το Μέλλον των Συστήμάτων Σύντηξης: Καινοτόμος Σκέψη για τη Βελτιστοποίηση των Πόρων

Η επιτυχία στη σύντηξη θα απαιτήσει πιο βαθιά εμβάθυνση στην επιστήμη της. Οι επιστήμονες είναι πιο περίεργοι από ποτέ.

Η Μαγιονέζα Βοηθάει τους Ερευνητές στην Επίλυση Πολύπλοκων Προκλήσεων Ενέργειας Σύντηξης

Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Lehigh χρησιμοποιεί τη μαγιονέζα ως βασικό συστατικό στην τρέχουσα έρευνά τους για τις φάσεις της αστάθειας Rayleigh-Taylor. Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να ενημερώσει το σχεδιασμό μελλοντικών διαδικασιών αδρανειακής περιοριστικής σύντηξης για καθαρή ενέργεια.

Σύμφωνα με τον Arindam Banerjee, καθηγητή Μηχανολογίας και Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Lehigh και πρόεδρο του τμήματος MEM στο Κολέγιο Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών P.C. Rossin:

«Η ομάδα εξακολουθεί να εργάζεται στο ίδιο πρόβλημα, που είναι η δομική ακεραιότητα των καψουλών σύντηξης που χρησιμοποιούνται στην αδρανειακή περιοριστική σύντηξη, και η πραγματική μαγιονέζα Hellmann’s Real Mayonnaise μας βοηθά ακόμη στην αναζήτηση λύσεων.»

Η μαγιονέζα βοηθάει την ομάδα λειτουργώντας ως στερεό, το οποίο αρχίζει να ρέει όταν υπόκειται σε διαφορά πίεσης. Το πρόβλημα Rayleigh-Taylor, ένα γνωστό ζήτημα στη φυσική, περιλαμβάνει το φαινόμενο που συμβαίνει μεταξύ υλικών διαφορετικής πυκνότητας όταν οι διαφορές πυκνότητας και πίεσης είναι αντίθετες, δημιουργώντας ασταθή στρωμάτωση. Η χρήση μαγιονέζας βοηθάει στην δοκιμή πιθανών λύσεων ενώ εξαλείφει την ανάγκη για υψηλές θερμοκρασίες και συνθήκες πίεσης, που είναι εξαιρετικά δύσκολο να ελεγχθούν.

Ψυχρή Σύντηξη Χωρίς Ακραίες Θερμοκρασίες

Μια άλλη πρόσφατη πρόοδος στην ψυχρή σύντηξη έχει ξαναζωντανέψει τις ελπίδες για επίτευξη καθαρής ενέργειας χωρίς την ανάγκη για εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και πλάσμα, που παραδοσιακά συνδέονται με την πυρηνική σύντηξη.

Αυτή η εξέλιξη, η οποία για πολύ καιρό θεωρούνταν περιθώρια επιστήμη, περιλαμβάνει τη χρήση επιστήμης υλικών, σπάνιων μετάλλων και συγκεκριμένων χημικών διεργασιών για την επίτευξη πυρηνικής σύντηξης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Η επιστημονική κοινότητα είχε προηγουμένως απορρίψει την ψυχρή σύντηξη λόγω της αδυναμίας επανάληψης των πρώτων πειραματικών αποτελεσμάτων, αλλά μια νέα μελέτη με κριτική αξιολόγηση που δημοσιεύτηκε στο Nature προτείνει μια πιθανή πορεία προόδου παρατηρώντας εκπομπές νετρονίων κατά τη διάρκεια πειραμάτων με νιτρικό τιτάνιο υπό ακουστική καβίτωση. Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να ανοίξει το δρόμο για περισσότερη έρευνα στην ψυχρή σύντηξη ως βιώσιμη εναλλακτική πηγή ενέργειας, προσφέροντας τη δυνατότητα καθαρής, σχεδόν απεριόριστης ενέργειας.

Τα ευρήματα της μελέτης αμφισβητούν την μακροχρόνια πεποίθηση ότι η πυρηνική σύντηξη απαιτεί τις ακραίες συνθήκες που βρίσκονται στα αστέρια, όπως εκατομμύρια βαθμούς θερμοκρασίας και ισχυρά μαγνητικά πεδία. Αντίθετα, αυτή η νέα προσέγγιση εξερευνά τη δυνατότητα επίτευξης σύντηξης μέσω διαφορετικών μηχανισμών, που θα μπορούσε να επαναπροσδιορίσει το ενεργειακό τοπίο παρέχοντας μια πιο προσιτή και λιγότερο απαιτητική σε πόρους μέθοδο παραγωγής ενέργειας.

Αν είναι επιτυχής, η ψυχρή σύντηξη θα μπορούσε να παρακάμψει τη μαζική υποδομή και την ενεργειακή εισροή που απαιτούν οι παραδοσιακές μέθοδοι σύντηξης, καθιστώντας την μια αλλαγή παιχνιδιού στην αναζήτηση βιώσιμων και καθαρών ενεργειακών λύσεων.

AI: Μια Αλλαγή Παιχνιδιού στη Σταθεροποίηση των Πυρηνικών Αντιδράσεων Σύντηξης

Με την αυξανόμενη πολυπλοκότητα και τις αυξανόμενες δυνατότητες, η AI επαναπροσδιορίζει το πεδίο της πυρηνικής σύντηξης προβλέποντας και αποτρέποντας τις αστάθειες του πλάσματος, που ιστορικά εμπόδισαν τη βιωσιμότητα των αντιδράσεων σύντηξης.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Princeton και του Πειραματικού Εργαστηρίου Πλάσματος του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ έχουν αναπτύξει ένα μοντέλο AI ικανό να προβλέπει διακοπές του πλάσματος, όπως αστάθειες τύπου tearing, έως 300 χιλιοστά του δευτερολέπτου πριν εμφανιστούν. Αυτό επιτρέπει στην AI να κάνει προσαρμογές σε πραγματικό χρόνο στις παραμέτρους του αντιδραστήρα, διατηρώντας τη σταθερότητα του πλάσματος και αποτρέποντας την πρόωρη λήξη της αντίδρασης.

Η προβλεπτική δύναμη της AI προέρχεται από την εκπαίδευσή της σε δεδομένα από προηγούμενα πειράματα, επιτρέποντάς της να ανταποκρίνεται δυναμικά σε πιθανές αστάθειες με τρόπους που τα παραδοσιακά μοντέλα βασισμένα στη φυσική δεν μπορούν.

Καθώς το πλάσμα είναι εγγενώς ασταθές και σύνθετο, η διατήρηση της σταθερότητάς του αποτελεί σημαντική πρόκληση στη διατήρηση της πυρηνικής σύντηξης. Παραδοσιακά, οι μέθοδοι εστιάζουν στην αντιμετώπιση των αστάθειων μόνο αφού έχουν αρχίσει να διαταράσσουν το πλάσμα, συχνά πολύ αργά για να σωθεί η αντίδραση.

Αξιοποιώντας τη δυνατότητα της AI να προβλέπει και να αντιμετωπίζει προληπτικά αυτές τις αστάθειες, η διαδικασία σύντηξης γίνεται πιο σταθερή και βιώσιμη, πλησιάζοντας την υλοποίηση πρακτικής και βιώσιμης ενέργειας σύντηξης. Αυτή η πρόοδος όχι μόνο ενισχύει τις προοπτικές της σύντηξης ως απεριόριστης πηγής ενέργειας, αλλά και υπογραμμίζει τον κρίσιμο ρόλο που διαδραματίζει η AI στην υπέρβαση των πιο δύσκολων εμποδίων στην έρευνα σύντηξης.

Τι Φέρνει το Μέλλον;

Το μέλλον θα δει εταιρείες που αναπτύσσουν λύσεις ενέργειας σύντηξης που βελτιστοποιούν το χώρο και τη χρήση των πόρων όσον αφορά την ενέργεια και το κόστος. Σύμφωνα με τον Omar Hurricane, επικεφαλής προγράμματος στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore, όπου βρίσκεται το Εγκατάσταση National Ignition:

«Η σύντηξη φαίνεται πολύ πιο εφικτή τώρα από ό,τι πριν από δέκα χρόνια ως μελλοντική πηγή ενέργειας.»

Το 2023, επιστήμονεςέκαναν μια πρόοδο όταν δημιούργησαν μια πυρηνική αντίδραση που θα μπορούσε να παράγει περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνει. Σύμφωνα με αναφορές, το πείραμα χρησιμοποίησε ένα σύνολο 192 λέιζερ για να παραδώσει 2,05 μεγατζάουλ ενέργειας σε έναν κυλινδρικό χρυσό κύλινδρο μεγέθους μπιζελιού που περιείχε μια παγωμένη σφαίρα των ισοτόπων υδρογόνου δευτερίου και τριτίου.

Η ενέργεια ήταν τόσο έντονη που κατέρρευσε την κάψουλα. Η επιτευχθείσα θερμοκρασία θα μπορούσε να ταιριάξει μόνο με τα αστέρια και τα θερμοπυρηνικά όπλα. Σε πιο συγκεκριμένους όρους, όπως πρότεινε το εργαστήριο, 3,15 μεγατζάουλ ενέργειας απελευθερώθηκαν—σχεδόν 54% περισσότερο από την ενέργεια που εισήχθη στην αντίδραση και περισσότερο από το διπλάσιο του προηγούμενου ρεκόρ των 1,3 μεγατζάουλ.

Πολλοί ερευνητές πίστευαν ότι τα αποτελέσματα του πειράματος είχαν μεγάλο δυναμικό για το μέλλον. Σύμφωνα με τον Michael Campbell, πρώην διευθυντή του εργαστηρίου σύντηξης στο Πανεπιστήμιο Rochester στη Νέα Υόρκη και πρώιμο υποστηρικτή του NIF ενώ εργαζόταν στο εργαστήριο Lawrence Livermore, η πρόοδος θα μπορούσε να ενισχύσει την εμπιστοσύνη στην υπόσχεση της ενέργειας σύντηξης με λέιζερ και τελικά να ανοίξει το δρόμο για ένα νέο πρόγραμμα εστιασμένο σε εφαρμογές ενέργειας. Ο Kim Bundil, διευθυντής του εργαστηρίου Lawrence Livermore, πίστευε ότι είναι το «βασικό δομικό στοιχείο ενός σχήματος ενέργειας αδρανειακής περιοριστικής σύντηξης».

Η δοκιμή και η επιτυχία της έδειξαν επίσης την ανάγκη για πολλές μελλοντικές εξελίξεις που θα κάνουν τη διαδικασία πιο ανθεκτική. Για παράδειγμα, για να γίνει η δοκιμή μια βιώσιμη διαδικασία, η ενέργεια που απελευθερώνεται σε σύγκριση με την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή των παλμών λέιζερ πρέπει να αυξηθεί τουλάχιστον κατά δύο τάξεις μεγέθους.

Το μέλλον επίσης χρειάζεται να δει μια δραματική αύξηση του ρυθμού με τον οποίο τα λέιζερ μπορούν να παράγουν τα παλμούς και πόσο γρήγορα μπορούν να εκκαθαρίσουν το θάλαμο-στόχο για να τον προετοιμάσουν για μια άλλη καύση.

Ενώ αυτές οι προσπάθειες θα συνεχιστούν τις επόμενες ημέρες, θα ολοκληρώσουμε τη σημερινή συζήτηση με την αναφορά σε ένα άλλο ζωτικό έργο σε αυτόν τον χώρο – το έργο ITER αξίας 22 δισεκατομμυρίων δολαρίων, μια συνεργασία μεταξύ Κίνας, Ευρωπαϊκής Ένωσης, Ινδίας, Ιαπωνίας, Κορέας, Ρωσίας και των Ηνωμένων Πολιτειών. Το έργο εργάζεται για την επίτευξη αυτοσυντηρούμενης σύντηξης, όπου η ενέργεια από τη σύντηξη θα παράγει περισσότερη σύντηξη.

Αργά και σταθερά, καθώς τα τρέχοντα πειράματα φτάνουν στο τέλος τους, η ενέργεια σύντηξης θα γίνει πιο οικονομική, βελτιστοποιημένη και έτοιμη για ευρύτερη μαζική υιοθέτηση.