Πυρηνική σύντηξη, ένας «Τεχνητός Ήλιος»

Η πυρηνική σύντηξη, που σήμερα είναι μια από τις σημαντικότερες ερευνητικές περιοχές, υπόσχεται να είναι μια αειφόρος ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, ικανή να διατηρήσει την ανθρωπότητα κάτω από οποιαδήποτε αναμενόμενα σενάρια αύξησης του πληθυσμού της γης και της αύξησης της ζήτησης σε ηλεκτρική ενέργεια. Η πυρηνική σύντηξη είναι η μόνη πηγή ενέργειας που είναι άφθονη πάνω στη γη και που μπορεί να διατηρηθεί όσο υπάρχει ο πλανήτης μας.

Σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, που χρησιμοποιείται σήμερα από διάφορες χώρες και βασίζεται στη διάσπαση των πυρήνων κάποιου ραδιενεργού υλικού (π.χ., ουράνιο ή πλουτώνιο), με αποτέλεσμα τη μεταστοιχείωση του και την εξαπόλυση ενέργειας, ακτινοβολίας και ραδιενεργών σωματιδίων, η πυρηνική σύντηξη αφορά την ένωση δύο ατόμων ισοτόπων του υδρογόνου (δευτέριο ή τρίτιο) με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός ατόμου ηλίου, την απελευθέρωση ενέργειας και ενός νετρονίου. Με λίγα λόγια, η σύντηξη είναι η ένωση δύο ελαφρών πυρήνων ατόμων σε ένα βαρύτερο, η οποία αποδεσμεύει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η διαδικασία αυτή, η οποία συμβαίνει διαρκώς στον πυρήνα του ήλιου και στιγμιαία κατά την ανεξέλεγκτη έκρηξη μιας θερμοπυρηνικής βόμβας, απαιτεί θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου για να ξεκινήσει. Έτσι για την επιτυχία μιας ελεγχόμενης πυρηνικής σύντηξης σε συνεχή βάση, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή εκμεταλλεύσιμης ενέργειας, απαιτείται η επίτευξη και συντήρηση θερμοκρασιών της τάξης πέραν των 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Τόσο η δημιουργία των θερμοκρασιών αυτών, όσο και η συγκράτηση του υπέρθερμου αερίου πλάσματος, απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας αφού η αντίδραση αιωρείται μέσα σε ισχυρότατο μαγνητικό πεδίο (αντιδραστήρας σύντηξης τύπου Tokamak). Έτσι, μέχρι τώρα τα πειράματα που γίνονται καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από όση παράγουν. Επιπρόσθετα δεν μπορούν να διατηρήσουν τη σύντηξη για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αν και έχει γίνει αρκετή πρόοδος όσον αφορά την φυσική και μαθηματική κατανόηση της διαδικασίας της σύντηξης πολλοί αναρωτιούνται εάν θα γίνει κατορθωτή η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Το ερώτημα είναι εάν η κατασκευή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα σύντηξης θα είναι αρκετά ανταγωνιστική σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής.

Πρόσφατα η Κίνα ενεργοποίησε επιτυχώς για πρώτη φορά τον «Τεχνητό Ήλιο», μία πειραματική εγκατάσταση πυρηνικής σύντηξης. Ο αντιδραστήρας σύντηξης τύπου Tokamak που κατασκευάστηκε είναι σήμερα ο πιο ανεπτυγμένος και ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης στο κόσμο και η επιστημονική κοινότητα ελπίζει πως θα ξεκλειδώσει τα μυστικά για μία πανίσχυρη και καθαρή πηγή ενέργειας. Χρησιμοποιεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο για να περιορίσει το καυτό πλάσμα το οποίο φτάνει τους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σχεδιάστηκε για να αναπαράγει τις φυσικές αντιδράσεις του Ήλιου, χρησιμοποιώντας υδρογόνο και δευτέριο σε μορφή αερίου, ως καύσιμα.

Ο «Τεχνητός Ήλιος» θα παρέχει σημαντική τεχνογνωσία στους Κινέζους, οι οποίοι συμμετέχουν στο διεθνές πρόγραμμα ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Πρόκειται για έναν γιγάντιο αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης στον κόσμο, ο οποίος κατασκευάζεται στην Γαλλία και αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2025. Το διεθνές πρόγραμμα ITER ξεκίνησε εδώ και σχεδόν 15 χρόνια με στόχο την κατασκευή και λειτουργία του πρώτου μεγάλης κλίμακας αντιδραστήρα σύντηξης δυναμικότητας 350 μεγαβάτ με την ελπίδα εξεύρεσης εναλλακτικής αειφόρου λύσης παραγωγής ενέργειας. Τους τελευταίους μήνες, τμήματα του γιγάντιου πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης τύπου Tokamak, ορισμένα μεγέθους όσο ένα τετραώροφο κτίριο και βάρους εκατοντάδων τόνων, παραδόθηκαν στον τόπο όπου θα στηθεί στη Γαλλία προερχόμενα από την Ινδία, την Κίνα, την Ιαπωνία, την Νότια Κορέα και την Ιταλία. Η διαδικασία συναρμολόγησης θα διαρκέσει μέχρι το τέλος του 2024.

Ο γιγάντιος αντιδραστήρας θα επιτρέψει την αναπαραγωγή της αντίδρασης της σύντηξης του υδρογόνου που πραγματοποιείται με φυσικό τρόπο στην καρδιά του ήλιου. Συγκεκριμένα, η σύντηξη αυτή θα επιτευχθεί με την θέρμανση σε θερμοκρασία της τάξης των 150 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου ενός μίγματος δύο ισοτόπων του υδρογόνου, του δευτέριου και του τρίτιου, που θα έχουν λάβει την μορφή πλάσματος. Το διεθνές πρόγραμμα ITER θα μπορεί να παράξει το πρώτο πλάσμα στο τέλος του 2025 έως τις αρχές του 2026 και ο αντιδραστήρας θα μπορεί να λειτουργεί σε πλήρη ισχύ το 2035. Εάν είναι επιτυχής, η σύντηξη του υδρογόνου θα επιτρέψει την απαλλαγή από τα ορυκτά καύσιμα. Βασιζόμενη σε καύσιμα όπως το νερό και το λίθιο, έχει το πλεονέκτημα ότι δεν παράγει ραδιενεργά απόβλητα, αντίθετα με ένα πυρηνικό αντιδραστήρα.

Αν και σήμερα η τεχνολογία των πυρηνικών αντιδραστήρων σύντηξης βρίσκεται στα αρχικά της στάδια, για την αειφόρο ευημερία των μελλοντικών γενεών χρειάζεται να συνεχίσει η έρευνα για την κατανόηση της διαδικασίας της σύντηξης. Μόνο έτσι θα γίνει κατορθωτή η κατασκευή αντιδραστήρων σύντηξης για την παραγωγή απεριόριστης ηλεκτρικής ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον, ικανή να διατηρήσει την ανθρωπότητα κάτω από οποιαδήποτε αναμενόμενα σενάρια αύξησης του πληθυσμού της γης.

*Πρόεδρος Ρυθμιστικής Αρχής Ενέργειας Κύπρου