Στο Χονγκ Κονγκ, σε μια εγκατάσταση της Σαγκάης μεγάλη όσο ένα γήπεδο ποδοσφαίρου, οι Κινέζοι επιστήμονες ρίχνουν ακτίνες λέιζερ σε δύο χρυσούς κώνους, σε μια προσπάθεια να αναπαράγουν τη διαδικασία πυρηνικής σύντηξης στην καρδιά του ήλιου.
Οι κώνοι, τόσο μικροί όσο οι άκρες του μολυβιού, έχουν στενά, αντικρυστά άκρα και εκπέμπουν πλάσμα υδρογόνου. Όταν τα δύο ρεύματα θερμού αερίου συγκρούονται ακριβώς στον σωστό χρόνο και τόπο, και με τον σωστό τρόπο, ενεργοποιούν μια αντίδραση σύντηξης — τη διαδικασία που τελικά θα μπορούσε να αποτελέσει πηγή ατελείωτης, βιώσιμης ενέργειας.
Με κρατική χρηματοδότηση ύψους 1 δισεκατομμυρίου γιουάν (211 εκατομμύρια δολάρια) για έξι χρόνια, ο Δρ Ζανγκ Ζε και οι συνεργάτες του από το Ινστιτούτο Φυσικής της κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πεκίνο ξεκίνησαν τα πρωτοφανή πειράματά τους στη μονάδα λέιζερ Shenguang II στη Σαγκάη το περασμένο καλοκαίρι.
Η ερευνητική ομάδα έχει πραγματοποιήσει τρεις δοκιμές μέχρι στιγμής και αντιμετώπισε κάποιες απροσδόκητες προκλήσεις. Ωστόσο, τα αρχικά αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η θεωρία λειτουργεί και έτσι, μέρος των ευρημάτων δημοσιεύθηκαν την περασμένη εβδομάδα στο εγχώριο επιστημονικό περιοδικό Acta Physica Sinica.
“Στόχος μας είναι να επιτύχουμε βιώσιμη σύντηξη”, δήλωσε ο Δρ Ζανγκ σε τηλεφωνική συνέντευξη την Τρίτη. Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, “οι κώνοι μπορούν να παραχθούν μαζικά και να φορτωθούν ως σφαίρες σε μια μηχανή που θα περιστραφεί και θα εκπυρσοκροτήσει σαν ένα πυροβόλο Γκάτλινγκ”.
Ο αγώνας για τη δύναμη σύντηξης «άναψε» τον Αύγουστο, όταν οι ερευνητές με την εθνική μονάδα ανάφλεξης των Ηνωμένων Πολιτειών (NIF) πέτυχαν ενεργειακή απόδοση οκτώ φορές μεγαλύτερη από ποτέ. Ενώ η παραγωγή ήταν ακόμα χαμηλότερη από την εισροή ενέργειας, η ανακάλυψη αυτή έδωσε ελπίδα καθώς και πρόσθετη πίεση σε ερευνητικές ομάδες σε άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Κίνας.
Το πείραμα της NIF στόχευσε περισσότερες από 100 εξαιρετικά ισχυρές δέσμες λέιζερ σε ένα μόνο στόχο, χρησιμοποιώντας μερικές από τις μεγαλύτερες γεννήτριες λέιζερ στη Γη, παράγοντας αρκετή θερμότητα για να παραμορφώσει τους καθρέφτες αλλά και να μειώσει την ακρίβεια μετά από επαναλαμβανόμενες λήψεις.
Στην Κίνα, οι ερευνητές αναζητούσαν έναν φθηνότερο, απλούστερο τρόπο για να επιτύχουν σύντηξη με ένα λιγότερο ισχυρό λέιζερ. Ένα από τα αποτελέσματα ήταν το σχέδιο ανάφλεξης διπλού κώνου που αναπτύχθηκε το 1997 από τον καθηγητή Ζανγκ Γι, κορυφαίο Κινέζο φυσικό και πρώην πρόεδρο του Πανεπιστημίου Γιάο Τονγκ της Σανγκάης.
Το πλάσμα που παράγεται από σχετικά αδύναμες δέσμες λέιζερ σε έναν μόνο στόχο ήταν ανεπαρκές για να δημιουργήσει τις κατάλληλες συνθήκες σύντηξης, αλλά όταν δύο ρεύματα πλάσματος χτυπήσουν το ένα το άλλο, η θερμοκρασία, η πυκνότητα και η πίεση του αερίου θα αυξηθούν σημαντικά για να επιτρέψουν σε δύο άτομα να συγχωνευθούν σε ένα και να απελευθερώσουν ενέργεια.
Η ιδέα παρέμεινε στα χαρτιά για δύο δεκαετίες επειδή η απαιτούμενη τεχνολογία λέιζερ αιχμής δεν ήταν διαθέσιμη. Ωστόσο, οι Κινέζοι επιστήμονες κατασκεύασαν πρόσφατα μερικές από τις πιο ισχυρές εξαιρετικά γρήγορες πηγές λέιζερ στον κόσμο, ικανές να απελευθερώσουν σημαντική ποσότητα ενέργειας σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Αυτές οι νέες τεχνολογίες άνοιξαν το δρόμο για το πράσινο φως της κυβέρνησης στο πείραμα της Σαγκάης πέρυσι.
Οι χρυσοί κώνοι εξατμίζονται μετά τη σύντηξη, αλλά “το κόστος του χρυσού θα είναι εξαιρετικά μικρό — αν όχι αμελητέο — στη μελλοντική λειτουργία ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής”, δήλωσε ο Δρ Ζανγκ Ζε. “Ένας μικρός κόκκος χρυσού μπορεί να δημιουργήσει χιλιάδες κώνους.”
Τα “καύσιμα” για σύντηξη μέσα στους κώνους — παγωμένες μπάλες δευτερίου και τριτίου, δύο ισότοπα υδρογόνου — είναι ακριβότερα από το πολύτιμο μέταλλο, που χρησιμοποιείται λόγω του μεγάλου αριθμού ηλεκτρονίων του χρυσού, σύμφωνα με τον Δρ Ζανγκ Ζε. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια, τόσο περισσότερη θερμότητα μπορεί να απορροφήσει ένα υλικό πριν αλλάξει σχήμα. Και η απαλότητα του χρυσού καθιστά σχετικά εύκολη αυτή τη μηχανική επεξεργασία.
Κάθε χρυσός κώνος στο πείραμα της Σαγκάης κοστίζει μερικές εκατοντάδες δολάρια, σε σύγκριση με τις εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια για έναν στόχο στο πείραμα NIF. Αλλά, για τον Δρ Ζανγκ Ζε και τους συναδέλφους του, ορισμένα ζητήματα έχουν μεγαλύτερη πρόκληση από τα χρήματα.
Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του βομβαρδισμού με λέιζερ το καύσιμο υδρογόνου υποτίθεται ότι συμπιέζεται μέσα στον κώνο, εκρήγνυται και εκτοξεύεται σαν φλόγα πυραύλου. Για καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας, οι ερευνητές επικάλυψαν το καύσιμο με ένα λεπτό στρώμα πλαστικού υλικού που απορροφά τη θερμότητα. Αλλά διαπίστωσαν ότι υπήρχαν τρύπες στην επιφάνεια του πλαστικού που θα μετατρέπονταν σε φυσαλίδες όταν το λέιζερ έβρισκε τον στόχο του.
Στα πειράματά τους, ο Δρ Ζανγκ Ζε και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι οι φυσαλίδες ήταν επιζήμιες για τη διαδικασία σύντηξης επειδή θα μπορούσαν να σπάσουν και να αφαιρέσουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι ερευνητές κατέληξαν σε μια σειρά από λύσεις, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης του πάχους του πλαστικού κελύφους και της ενίσχυσης της σταθερότητας των ακτίνων λέιζερ.
“Σημειώνουμε πρόοδο ένα βήμα τη φορά. Μέχρι το 2026, μια νέα γενιά εγκαταστάσεων λέιζερ μεγάλης κλίμακας θα ολοκληρωθεί στην Κίνα. Θα ανεβεί ο πήχης του παιχνιδιού σε ένα εντελώς νέο επίπεδο”, δήλωσε ο Δρ Ζανγκ Ζε.
Ένας επιστήμονας πυρηνικής σύντηξης με έδρα το Πεκίνο δήλωσε ότι ο προϋπολογισμός για την έρευνα της Σαγκάης ήταν μικρός σε σύγκριση με την επένδυση σε άλλα έργα σύντηξης. Το μεγαλύτερο ερευνητικό πρόγραμμα σύντηξης στον κόσμο, ο Διεθνής θερμικός πειραματικός αντιδραστήρας στη νότια Γαλλία (ITER), για παράδειγμα, έχει εκτιμώμενο προϋπολογισμό από 45 έως 65 δισεκατομμύρια δολάρια.
Η ιδέα της δημιουργίας ενός τεχνητού ήλιου για τη δημιουργία μιας τεράστιας, ατελείωτης και καθαρής παροχής ενέργειας υπάρχει εδώ και δεκαετίες και οι επιστήμονες έχουν καταλήξει σε διαφορετικές προσεγγίσεις που μερικές φορές ανταγωνίζονται για τους πόρους και την προσοχή.
Ο ITER χρησιμοποιεί το μεγαλύτερο υποψήφιο για την προσέγγιση λέιζερ (επίσης γνωστό ως σύντηξη αδρανειακού περιορισμού), το tokamak — μια συσκευή που μπορεί να παράγει και να παγιδεύει θερμό αέριο με ένα εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο για σύντηξη.
“Το σχέδιο διπλού κώνου είναι μια λαμπρή ιδέα. Το tokamak θεωρείται καταλληλότερο για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας, αλλά μερικές πρόσφατες ανακαλύψεις στα πειράματα με λέιζερ υποδηλώνουν ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να είναι δυνατή υποψηφιότητα”, δήλωσε ο ερευνητής, ο οποίος ζήτησε να μην κατονομαστεί λόγω του στρατιωτικού του έργου.
“Είναι δύσκολο να προβλέψουμε ποια προσέγγιση ή ποια χώρα θα κερδίσει τον αγώνα σε αυτό το στάδιο. Υπάρχουν πολλές αμφιβολίες επ’ αυτού”, είπε. “Αλλά στο τέλος, διαφορετικές τεχνολογίες, διαφορετικά έθνη μπορεί να χρειαστεί να ενωθούν ως ένα, για να φέρουν τη σύντηξη από το όνειρο, στη ζωή.”
Μετάφραση-Επιμέλεια: Ειρήνη Παγκουλίδου
Πηγή: Με πληροφορίες από το Todayonline
