Νέο ρεκόρ απόδοσης σε πειράματα πυρηνικής σύντηξης

Η πυρηνική σύντηξη αφορά τις αντιδράσεις που τροφοδοτούν τη λάμψη των άστρων. Αντιδράσεις κατά τις οποίες ελαφρά στοιχεία συνδυάζονται για να σχηματίσουν βαρύτερα.

Σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, η οποία απελευθερώνει ενέργεια από τη διάσπαση βαρέων στοιχείων, όπως το ουράνιο, η σύντηξη δεν παράγει μακρόβια πυρηνικά απόβλητα. Το υδρογόνο, εξάλλου, που απαιτείται ως καύσιμο μπορεί να παραχθεί σε πρακτικά ανεξάντλητες ποσότητες με υδρόλυση του νερού.

Οι φυσικοί προσπαθούν εδώ και 60 χρόνια να δαμάσουν αυτή τη μορφή ενέργειας αλλά είναι ένας δύσκολος στόχος, δεδομένου ότι οι συνθήκες που απαιτούνται για σύντηξη είναι πραγματικά ακραίες. Οι πυρήνες των ατόμων, που πρέπει να πλησιάσουν σε αρκετά μικρή απόσταση ώστε να αντιδράσουν, είναι θετικά φορτισμένοι και απωθούνται. Απαιτείται, όμως, να συγκρουστούν με ταχύτητες γύρω στα 1.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, κάτι που προϋποθέτει θερμοκρασίες γύρω στα 50 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Μέχρι σήμερα, πάντως, κανένα πείραμα σύντηξης δεν έχει απελευθερώσει περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη θέρμανση του υδρογόνου, βασική προϋπόθεση για να γίνει πρακτικά βιώσιμη η νέα τεχνολογία.

Αυτόν το στόχο προσέγγισαν, έστω και λίγο, οι ερευνητές του Ζ Machine, μιας γεννήτριας παλμών ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία είχε, αρχικά αναπτυχθεί στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia στο Νέο Μεξικό, για την προσομοίωση θερμοπυρηνικών εκρήξεων.

Στην καρδιά της πειραματικής διάταξης βρίσκεται μια κάψουλα με υδρογόνο ( ακριβέστερα επεριέχει το ισότοπο του υδρογόνου δευτερίου) με διαστάσεις μόλις 5 x 7,5 χιλιοστά. Η τεράστια γεννήτρια στέλνει στην κάψουλα παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος έντασης 19 εκατομμυρίων ampere, οπότε δημιουργείται ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που κάνει την κάψουλα να καταρρεύσει προς τα μέσα με ταχύτητα γύρω στα 70 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, οπότε δημιουργούνται στο εσωτερικό της συνθήκες σύντηξης.

Στον τελευταίο γύρο δοκιμών το Z Machine θέρμανε το πυρηνικό καύσιμο στους 35 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και οδήγησε στην απελευθέρωση περίπου δύο τρισεκατομμυρίων νετρονίων ανά βολή. Ο αριθμός των νετρονίων είναι μέτρο των αντιδράσεων σύντηξης, καθώς η σύντηξη δύο πυρήνων δευτερίου απελευθερώνει έναν πυρήνα ήλιου και ένα νετρόνιο.

Η παραγωγή πρωτονίων έχει πλέον αυξηθεί κατά 1.000 φορές σε σχέση με την απόδοση που προσέφερε το Z Machine πριν από  έναν χρόνο, όπως αναφέρουν οι υπεύθυνοι του πειράματος στην έγκριτη επιθεώρηση Physical Review Letters.

Παρόλα αυτά, η απόδοση θα πρέπει να αυξηθεί περαιτέρω κατά 10.000 φορές έως ότου  η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας ξεπεράσει την ενέργεια που καταναλώθηκε στο πείραμα, επισημαίνει ο ερευνητής της Sandia Μάικ Κάμπελ, στο Nature.com

Το επόμενο βήμα προς το στόχο θα μπορούσε να γίνειι με την αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος στα 60 εκατομμύρια ampere. Η αναβάθμιση, όμως, δεν έχει ακόμα εγκριθεί.