Μια παράξενη πυρηνική σφαίρα παράγει ενέργεια από σύντηξη

Φυσικοί δοκιμάζουν μια παράξενη πυρηνική σφαίρα που θα μπορούσε να αποτελέσει επανάσταση στην παραγωγή ενέργειας από σύντηξη.
Δεν έχουμε ξαναδεί τίποτα παρόμοιο. Μετάφραση-επιμέλεια: Θωμάς Αργυρέας

Είναι βέβαιο ότι η πυρηνική σύντηξη – η αντίδραση που πυροδοτεί τον Ήλιο μας – θα μπορούσε να είναι το κλειδί για καθαρή, απεριόριστη ενέργεια εδώ στη Γη.Αλλά μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης επιστήμης είναι πώς να αξιοποιήσει την αντίδραση της σύντηξης έτσι ώστε να παράγει περισσότερη ενέργεια από όση καταναλώνει. Και μια νέα δημοσίευση ισχυρίζεται ότι έχει βρει έναν τρόπο να κάνει ακριβώς αυτό.Αντί να γίνει άλλη μία προσπάθεια βελτιστοποίησης των γνωστών σχεδίων αντιδραστήρων σύντηξης, όπως οι tokamaks ή οι stellerators, μια ομάδα φυσικών, εξέτασε πειραματικά μερικούς νέους τύπους αντιδραστήρων.

Διαπίστωσαν ότι ένας περίεργος σχεδιασμός σφαίρας θα μπορούσε να αποτελέσει το κλειδί για την επίτευξη καθαρά θετικού ισοζυγίου σύντηξης, διότι, προς μεγάλη τους έκπληξη, έχει τη δυνατότητα να παράγει περισσότερη ενέργεια από όση χρησιμοποιεί.

Η βασική διαφορά, πέραν του σχήματός της, είναι ότι αυτή η πυρηνική σφαίρα συντήκει υδρογόνο και βόριο, αντί των ισότοπων υδρογόνου, δευτέριο (2H ή D) και τρίτιο (3H ή T). Και χρησιμοποιεί λέιζερ για να θερμάνει τον πυρήνα της αντίδρασης μέχρι 200 ​​φορές πιο καυτό από το κέντρο του Ήλιου.

Μή νετρονικές αντιδράσεις σύντηξης
Δευτέριο – Ήλιο-3	2D + 3He → 4He + 1p       + 18.3 MeV
Δευτέριο – Λίθιο-6	2D + 6Li → 2 4He              + 22.4 MeV
Υδρογόνο – Λίθιο-6	1p + 6Li → 4He + 3He       + 4.0 MeV
Ήλιο-3 – Λίθιο-6	3He + 6Li → 2 4He + 1p    + 16.9 MeV
Ήλιο-3 – Ήλιο-3	3He + 3He → 4He + 2 1p  + 12.86 MeV
Υδρογόνο – Λίθιο-7	1p + 7Li → 2 4He                 + 17.2 MeV
Υδρογόνο – Βόριο	1p + 11B → 3 4He                + 8.7 MeV
Υδρογόνο – Άζωτο	1p + 15N → 12C + 4He         + 5.0 MeV

Εάν οι υπολογισμοί της ομάδας είναι σωστοί, η συσκευή αντιδραστήρα υδρογόνου-βορίου θα μπορούσε να κατασκευαστεί και να παράγει καθαρή θετική ενέργεια πριν από την ολοκλήρωση οποιουδήποτε από τους υπό δοκιμή γνωστούς αντιδραστήρες.

Ακόμη καλύτερα, όπως βλέπετε στον πίνακα, η αντίδραση υδρογόνου-βορίου δεν παράγει νετρόνια και συνεπώς δεν δημιουργεί ραδιενεργά απόβλητα ως υποπροϊόν.

“Είναι απόλυτα συναρπαστικό να βλέπουμε αυτές τις αντιδράσεις να επιβεβαιώνονται σε πρόσφατα πειράματα και προσομοιώσεις”, λέει η επικεφαλής ερευνήτρια Heinrich Hora, από το Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας στην Αυστραλία.

“Νομίζω ότι αυτό θέτει την προσέγγισή μας μπροστά από όλες τις άλλες τεχνολογίες ενέργειας σύντηξης.

Οι αντιδράσεις σύντηξης αποτελούν την αντίθετη προσέγγιση στις αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης στις οποίες βασιζόμαστε σήμερα για την πυρηνική μας ενέργεια: αντί να χωρίζονται οι πυρήνες των ατόμων σε μικρότερους, συνδυάζονται ή συγχωνεύονται δημιουργώντας έναν μεγαλύτερο.

Είναι παρόμοιες με τις αντιδράσεις που θερμαίνουν τον Ήλιο, καθώς οι ελαφρύτεροι πυρήνες συντήκονται για να δημιουργήσουν βαρύτερους με τη βοήθεια απίστευτων θερμοκρασιών και πιέσεων.

Όσο σπουδαίο ακούγεται αυτό θεωρητικά, άλλο τόσο αποδεικνύεται δύσκολο να αξιοποιηθεί στην πράξη. Τα τελευταία δύο χρόνια έχουν καταγράψει ρεκόρ οι αντιδραστήρες σύντηξης σε όλο τον κόσμο, με τη Γερμανία να ενεργοποιεί τον πολλά υποσχόμενο αντιδραστήρα stellerator Wendelstein 7-X.

Αλλά παρά τις προόδους μας, δεν είμαστε πολύ κοντά στη δημιουργία καθαρού θετικού ισοζυγίου πυρηνικής σύντηξης. Απλώς, αυτό συμβαίνει επειδή αυτά τα μηχανήματα λαμβάνουν ακριβώς τόση ενέργεια για να παράγουν πλάσμα.

Στην πραγματικότητα, το Wendelstein 7-X δεν έχει σκοπό να παράγει ποτέ αξιοποιήσιμες ποσότητες ενέργειας. Είναι απλώς μια απόδειξη της θεωρητικής προσέγγισης.

Όμως, εδώ και χρόνια, η Hora και η ομάδα της δουλεύουν πάνω σε εναλλακτικά σχέδια. Και σε αυτή την μελέτη, τα εξέτασαν και πειραματικά καθώς και μέσω προσομοιώσεων.

Ο αντιδραστήρας υδρογόνου-βορίου που κατασκεύασαν λειτουργεί ενεργοποιώντας μια σύντηξη “χιονοστιβάδας” με μια ακτίνα λέιζερ που προσφέρει ένα τετρακις εκατομμύριο Watt σε ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου.

Στο παρακάτω σχήμα βλέπετε με τι μοιάζει η σφαίρα σύντηξης που κατασκεύασε η ομάδα.

Διάγραμμα που δείχνει αντίδραση υδρογόνου-βορίου. (UNSW)

Οι τελευταίες δοκιμές έδωσαν στην προσέγγιση υδρογόνου-βορίου μια ώθηση μπροστά από άλλες παρόμοιες τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένης της σύντηξης δευτερίου-τριτίου, η οποία διερευνάται από την National Ignition Facility στις ΗΠΑ (και έχει επίσης το μειονέκτημα της παραγωγής ραδιενεργών αποβλήτων).

Η ομάδα συνέταξε χάρτη πορείας για την περαιτέρω ανάπτυξη της σύντηξης υδρογόνου-βορίου.

Τα καλύτερα νέα:  Εάν στις μελλοντικές έρευνες δεν προκύψουν σημαντικά εμπόδια στην υλοποίηση της προσέγγισης αυτής, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ένας πρωτότυπος αντιδραστήρας θα μπορούσε να κατασκευαστεί μέσα στην επόμενη δεκαετία.

Ενώ εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές προκλήσεις όσον αφορά τη βελτιστοποίηση των απαραίτητων αντιδράσεων και τη διατήρησή τους ώστε να είναι αρκετά σταθερές για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, αυτή η νέα τεχνική σύντηξης, εφ’ όσον λειτουργήσει, θα μπορούσε να προσφέρει τεράστια οφέλη για όλη την ανθρωπότητα.

“Τα καύσιμα και τα απόβλητα είναι ασφαλή, ο αντιδραστήρας δεν θα χρειαστεί εναλλάκτη θερμότητας ούτε γεννήτρια με ατμοστρόβιλο ενώ τα λέιζερ που χρειαζόμαστε μπορούν να αγοραστούν από το ράφι κάποιου καταστήματος”, λέει ο Warren McKenzie, διευθύνων σύμβουλος της HB 11, ο οποίος είναι και ο κάτοχος των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας της νέας τεχνολογίας.

Η έρευνα έχει δημοσιευθεί στο περιοδικό Laser and Particle Beams.

Πηγή: Science Alert
DAVID NIELD
29 Δεκεμβρίου 2017

apodyoptes

Η ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ ΕΝΑΤΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ