Η Αναζήτηση του Ιερού Γρααλού της Ενέργειας
Εντάξει, ας το βάλουμε σε μια πιο σωστή προοπτική. Η ενέργεια της σύντηξης είναι ουσιαστικά ο «ιερός গ্রαάλος» της καθαρής ενέργειας. Είναι αυτό που τροφοδοτεί τον ήλιο, δεν παράγει ανθρακικάς εκπομπές, δημιουργεί ελάχιστα ραδιενεργά απόβλητα και χρησιμοποιεί καύσιμο που είναι πρακτικά ατελείως διαθέσιμο (υδρογόνο, το οποίο μπορείτε να πάρετε από το νερό). Αν μπορούσαμε να ελέγξουμε τη σύντηξη στη Γη, θα είχαμε ουσιαστικά μια ατελείως διαθέσιμη, καθαρή πηγή ενέργειας που θα μπορούσε να τροφοδοτεί την ανθρωπότητα για χιλιάδες χρόνια.
Τότε γιατί δεν έχουμε ακόμα εργοστάσια σύντηξης; Γιατί, φίλοι μου, είναι τρομερά δύσκολο να το πετύχουμε.
Για πάνω από 70 χρόνια, οι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε αυτό που ονομάζεται «κριτήριο Lawson» — έναν μαθηματικό κανόνα που τους λέει αν το πλάσμα (η υπερκαυστηριαστή κατάσταση της ύλης όπου συμβαίνει η σύντηξη) μπορεί να παραμείνει αρκετά καυτό και πυκνό, για αρκετό χρόνο, ώστε να διατηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης χωρίς την ανάγκη συνεχούς εξωτερικής θέρμανσης. Φανταστείτε το σαν να προσπαθείτε να κρατήσετε μια φωτιά कॅम्पινγκ αναμμένη υπό εξαιρετικά δύσκολες συνθήκες. Ο στόχος είναι να γίνει η φωτιά αρκετά καυτή ώστε να τροφοδοτείται μόνη της.
Το θέμα όμως είναι αυτό: αυτό το κριτήριο είπε στους επιστήμονες τι συνθήκες χρειαζόταν, αλλά όχι πώς να φτάσουν εκεί με τον πιο αποδοτικό τρόπο.
Η Αναλογία του Βουνού που Σχεδόν Πραγματικά Βοηθάει
Τώρα, εδώ είναι που γίνεται ενδιαφέρον. Οι επιστήμονες του Princeton Plasma Physics Lab — οι οποίοι πραγματικά πιστεύω ότι αξίζουν πολύ περισσότερη προσοχή από αυτή που λαμβάνουν — αποφάσισαν να δουν αυτό το πρόβλημα διαφορετικά.
Φανταστείτε ότι η διαδρομή προς την έναρξη της σύντηξης είναι σαν μια οροσειρά. Ο προορισμός (βιώσιμη σύντηξη) βρίσκεται στην άλλη πλευρά. Η παραδοσιακή προσέγγιση ήταν ουσιαστικά η προσπάθεια να ανέβεις απευθείας στην υψηλότερη κορυφή: να κάνεις το πλάσμα υπερπυκνό πρώτα και μετά να διοχετεύσεις τεράστιες ποσότητες θερμότητας μέχρι να συμβεί η έναρξη.
Αλλά αυτοί οι ερευνητές είπαν: «Κι αν υπάρχει μια ορεινή σκαλιά; Ένας δρόμος γύρω από το βουνό;»
Οι νέες τους υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι υπάρχει οπωσδήποτε. Αντί να αυξάνουμε την πυκνότητα πρώτα, τι θα γινόταν αν θερμάνουμε το πλάσμα πριν το συμπιέσουμε; Είναι σαν να επιλέγεις να οδηγήσεις σε μια ορεινή σκαλιά αντί να ανέβεις στην κορυφή. Φτάνεις στον ίδιο προορισμό, αλλά χρησιμοποιείς πολύ λιγότερη ενέργεια για να φτάσεις εκεί.
Ο Δρ. Luis Delgado-Aparicio το περιέγραψε υπέροχα: «Πολλές εταιρείες θέλουν να ανέβουν το βουνό απευθείας και να ξοδέψουν τεράστια ενέργεια για να φτάσουν εκεί. Αντίθετα, πηγαίνετε γύρω από την κορυφή. Φτάνετε στο ίδιο μέρος με πολύ πιο έξυπνο τρόπο και χρησιμοποιείτε πολύ λιγότερη ενέργεια».
Τι είναι λοιπόν το «Cordey saddle»;
Τώρα, πρέπει να μιλήσω γι' αυτό γιατί είναι πραγματικά εντυπωσιακό. Οι ερευνητές εντόπισαν κάτι που ονομάστηκε «Cordey saddle» (ορεινή σκαλιά Cordey) στο μαθηματικό τους τοπίο.
Στη γεωγραφία, μια σκαλιά είναι ένα χαμηλό σημείο ανάμεσα σε δύο κορυφές βουνού — ουσιαστικά ένας φυσικός διάδρομος μέσα στα βουνά. Στη φυσική της σύντηξης, η σκαλιά Cordey αντιπροσωπεύει την πιο αποδοτική διαδρομή μέσω της ορίδας μεταξύ του πλάσματος που χρειάζεται εξωτερική θέρμανση και του πλάσματος που μπορεί να αυτοσυντηρείται μέσω της σύντηξης.
Ορίστε ένας εύκολος τρόπος να το σκεφτείτε: οι επιστήμονες μετρούν την αποδοτικότητα της σύντηξης χρησιμοποιώντας κάτι που ονομάζεται «Q». Μια τιμή Q=5 σημαίνει ότι οι αντιδράσεις σύντηξης παράγουν πέντε φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που εισάγετε. Η σκαλιά Cordey σε ένα ιδανικό σύστημα βρίσκεται γύρω στο Q=5 — που ακούγεται πολύ, αλλά στην πραγματικότητα είναι η εύκολη διαδρομή. Το πρόβλημα είναι ότι τα πραγματικά συστήματα σύντηξης έχουνπροσκρούσεις (ακάθαρτα στοιχεία, έντονα μαγνητικά πεδία) που μετατοπίζουν το σημείο όπου βρίσκεται αυτή η σκαλιά.
Η κατανόηση του πού βρίσκεται πραγματικά αυτή η σκαλιά για οποιαδήποτε σχεδιασμό αντιδραστήρα είναι καθοριστική για να ξέρουμε αν ολόκληρο το πράγμα είναι καν εφικτό.
Γιατί αυτό έχει σημασία για το μέλλον
Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις στον σχεδιασμό των μελλοντικών αντιδραστών σύντηξης, ιδιαίτερα των tokamaks και των stellarators — των συσκευών σχήματος ντόνατ που χρησιμοποιούν ισχυρά μαγνητικά πεδία για να περιορίσουν το πλάσμα σε θερμοκρασίες πιο ζεστές από τον πυρήνα του ήλιου.
Εδώ είναι αυτό που με ενθουσιάζει: ζούμε σε μια πραγματικά αξιοσημείωτη εποχή για την έρευνα της σύντηξης. Μεταξύ αυτής της ανακάλυψης στο Princeton, της ιστορικής ανακάλυψης με τη λέιζερ σύντηξη του National Ignition Facility και των δισεκατομμυρίων που διοχετεύονται σε ιδιωτικές εταιρείες σύντηξης, είμαστε πιο κοντά από ποτέ στην πρακτική ενέργεια σύντηξης.
Θα μας σώσει η σύντηξη από την κλιματική αλλαγή αύριο; Όχι. Πρόκειται για τεχνολογίες που είναι ακόμα πολύπλοκες, ακριβές και θα χρειαστούν χρόνια. Αλλά ανακαλύψεις όπως αυτό το «shortcut» του Princeton θα μπορούσαν να κάνουν το τελευταίο τμήμα του ταξιδιού πολύ πιο σύντομο και φθηνό.
Μετά από επτά δεκαετίες προσπαθειών να ανέβουμε το βουνό, αποδεικνύεται ότι μπορεί να υπήρχε μια πανέμορφη διαδρομή από την αρχή. Και προσωπικά; Είμαι απόλυτα μαζί σε αυτό.
Πηγή: ScienceDaily