Πριν από δύο εβδομάδες οι ερευνητές στη National Ignition Facility (NIF), μια ερευνητική εγκατάσταση με έκταση περίπου 21 στρέμματα, παράρτημα του γνωστού Εθνικού Εργαστηρίου Λόρενς Λίβερμορ της Καλιφόρνιας, πέτυχαν να μιμηθούν επί της Γης μια διαδικασία που συμβαίνει εδώ και  5 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, αδιάλειπτα κάθε δευτερόλεπτο, στον δικό μας Ηλιο και σε άλλους «ήλιους» στο Σύμπαν.

Πέτυχαν δηλαδή να μεταστοιχειώσουν υδρογόνο (σε κατάλληλη μορφή) στο στοιχείο ήλιο, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πυρηνική σύντηξη. Το σημαντικό και περιζήτητο σε αυτή τη μετατροπή είναι ότι μπορεί να φθάσει να απελευθερώνει τόση και τόσο καθαρή ενέργεια ώστε με τις κατάλληλες εγκαταστάσεις και εδώ στη Γη να αξίζει τον κόπο να επαναλαμβάνεται κάθε ημέρα.

Στις εγκαταστάσεις της National Ignition Facility, στο Εθνικό Εργαστήριο Λόρενς Λίβερμορ στην Καλιφόρνια των ΗΠΑ, η μετατροπή των ισοτόπων υδρογόνου σε ήλιο συμβαίνει μέσα σε έναν ειδικά κατασκευασμένο κύλινδρο, όπου η ενέργεια των λέιζερ δημιουργεί ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης

Η πρωτιά του Δεκεμβρίου

Αυτή η διαδικασία όμως για να είναι επιτυχημένη έχει τεράστιες δυσκολίες. Τόσες που είχαν περάσει 70 χρόνια από την πρώτη σύλληψη αυτού του σχεδίου και κανείς στον κόσμο δεν είχε καταφέρει να το φέρει σε πέρας. Για να έλθει η 5η Δεκεμβρίου, όπου επιτέλους με τη βοήθεια 192 πανίσχυρων συσκευών λέιζερ που καταναλώνοντας 322 εκατομμύρια Joule ενέργειας στόχευσαν με επιτυχία ένα «σπυρί» φτιαγμένο από δευτέριο και τρίτιο με θερμοκρασία -255 βαθμών Κελσίου, κλεισμένο σε περίβλημα διαμαντένιων νανοκρυστάλλων και αυτό όλο σε έναν επιχρυσωμένο κύλινδρο μήκους 1 εκατοστού.

Οι ακτίνες των λέιζερ, αφού μετατράπηκαν σε υπεριώδεις, προκάλεσαν την εκπομπή ακτίνων Χ από τον χρυσό. Αυτές μέσα σε 8 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου έπληξαν τον μικροσκοπικό στόχο (με διάμετρο το μισό μιας τρίχας), όπου βρίσκονταν τα ισότοπα (δευτέριο και τρίτιο), δημιούργησαν συνθήκες  θερμοκρασίας 60 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου και 350 δισεκατομμυρίων ατμοσφαιρών, προσδίδοντας σε αυτά 2,05 εκατομμύρια Joule ενέργειας. Από τη μετατροπή σε ήλιο προέκυψαν 3,15 εκατομμύρια Joule ενέργειας. Αυτό το 54% παραπάνω σε ενέργεια, κατά τη μεταστοιχείωση, αγνοώντας προς το παρόν την υπόλοιπη, κτηνώδη σε ποσότητα, κατανάλωση ενέργειας από την όλη εγκατάσταση, πανηγυρίστηκε έξαλλα από τους ανθρώπους του εργαστηρίου έως τους αρμόδιους συμβούλους στο γραφείο του προέδρου των Ηνωμένων Πολιτειών. Τα εμπόδια που χρειάστηκε να ξεπεραστούν χωρούν μόνον σε βιβλίο με εκατοντάδες σελίδες.

Εύλογες ερωτήσεις (και απαντήσεις)

Αν και το μείζον, όπως χαρακτηρίστηκε, επιστημονικό επίτευγμα παρουσιάστηκε σε ειδική συνέντευξη Τύπου από την αμερικανίδα υπουργό Ενέργειας Τζένιφερ Γκράνολμ, οι ανακοινώσεις της ομάδας και του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ «γέννησαν» μια σειρά ερωτημάτων.

  • Γιατί έκαναν μια εβδομάδα να ανακοινώσουν τα αποτελέσματα; Οπως δήλωσε η υπεύθυνη του ερευνητικού κέντρου ήθελαν να βεβαιωθούν ότι οι μετρήσεις τους ήταν σωστές. Επιστράτευσαν μάλιστα και ένα σώμα αξιολογητών εκτός του ερευνητικού κέντρου(peers) που και αυτοί έλεγξαν ανεξάρτητα τις μετρήσεις πριν γίνει η τελική ανακοίνωση.

  • Τώρα θα σταματήσουν οι έρευνες με τα άλλα συστήματα σύντηξης; Οχι. Διότι θεωρείται πως η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε έχει πολλές αδυναμίες ως προς το να συνδεθεί σε ένα δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η επιτυχία αυτή θεωρήθηκε από τους άλλους «ανταγωνιστές» (ΜΙΤ, Αγγλους, Γάλλους) μόνον κάτι σαν ένα ευπρόσδεκτο κερί που φώτισε λίγο περισσότερο τον δρόμο τους.

  • Εγινε το πείραμα σε λάθος μέρος; Εξαρτάται. Εγινε σε εργαστήριο που είναι επιφορτισμένο με το να γίνονται δοκιμές για (θερμο)πυρηνικά όπλα με τρόπο που να μη χρειάζονται δοκιμές στην ατμόσφαιρα. Μόλις το 10% των πόρων του πηγαίνει σε μη διαβαθμισμένες έρευνες.

  • Γιατί πρέπει η θερμοκρασία στο πείραμα να είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι στον Ηλιο; Διότι η βαρύτητα και οι πιέσεις στον πυρήνα του Ηλιου είναι τόσο μεγάλες ώστε αρκούν και χαμηλότερες θερμοκρασίες για να επιτευχθεί η μεταστοιχείωση.

  • Γιατί οι επιστήμονες στην παρουσίαση ήταν τόσο υπερ-εκδηλωτικοί; Διότι από το 1997, όταν έπεσαν οι ψυχροπολεμικοί τόνοι αλλά άρχισε και η κατασκευή της εγκατάστασης NIF, υπήρξε μεγάλη αμφισβήτηση για τον λόγο ύπαρξής της, όπως και του εργαστηρίου. Το 2009 είχαν στόχο να επιτύχουν τη σύντηξη έως το 2012. Ο στόχος δεν επετεύχθη και υπήρχαν σκέψεις κλεισίματος το 2016. Η επιφόρτιση με την έρευνα για τα πυρηνικά όπλα τούς κράτησε ζωντανούς μέχρι το 2021, εκεί κατάφεραν να έχουν μια ανάφλεξη σύντηξης με μέτρια αποτελέσματα, στρώθηκαν στη δουλειά για να αρπάξουν την τελευταία ίσως ευκαιρία και κατάφεραν να έχουν σώσει την παρτίδα σήμερα και να υπάρχει το ερώτημα-δίλημμα: Ασχολούμαστε με τα πυρηνικά όπλα ή με την ειρηνική σύντηξη;

  • Προς τα πού βαδίζουν οι έρευνες; Θεωρείται ότι άλλες μέθοδοι όπου το πλάσμα δημιουργείται με πιο ήπιες συνθήκες και δεν προκύπτει ενέργεια από τη σύντηξη μέσω διαδοχικών εκρήξεων αλλά από τη συνεχή συντήρησή του με τη μορφή ενός δακτυλίου εγκλωβισμένου σε μαγνητικό πεδίο θα επικρατήσουν. Ομως και εκεί, σε Γαλλία, Αγγλία, ΜΙΤ, έχουν πολλά προβλήματα να λύσουν που πάνε το πράγμα μετά το 2025 και το 2030.

Οσο λοιπόν κατακάθεται η σκόνη, γίνεται κατανοητό πως η καθαρή ενέργεια της σύντηξης αργεί ακόμη πολύ.

Οφελος μόνο 1%

Το ποσό της ενέργειας που προέκυψε από την όλη διαδικασία της σύντηξης ναι μεν ήταν λίγο μεγαλύτερο από την ενέργεια των ακτίνων Χ που έπεσαν επάνω στον στόχο, αλλά σε σύγκριση με την απαιτούμενη ενέργεια για να λειτουργήσουν τα λέιζερ και η όλη εγκατάσταση ήταν μόλις το 1%.

Η εκμετάλλευση της περίσσιας ενέργειας

Τα υλικά που χρειάζονται για μια πυρηνική σύντηξη όπως αυτή στη National Ignition Facility είναι τα ισότοπα του υδρογόνου δευτέριο και τρίτιο. Το συνηθισμένο υδρογόνο έχει ένα πρωτόνιο στον πυρήνα του και ένα ηλεκτρόνιο δεσμευμένο να κινείται σε κοντινή απόσταση. Στο δευτέριο, που το βρίσκουμε εύκολα στο νερό και δεν είναι ραδιενεργό, έχουμε πάλι ένα πρωτόνιο αλλά σφιχτά αγκαλιασμένο με ένα νετρόνιο. Στο τρίτιο τα νετρόνια έχουν γίνει δύο, εδώ υπάρχει και ραδιενεργός ακτινοβολία που πέφτει στο μισό κάθε 12 περίπου χρόνια και για να το βρούμε πρέπει να βομβαρδιστούν άτομα του στοιχείου λίθιο με νετρόνια.

Για να προκύψει το στοιχείο ήλιο θα πρέπει δευτέριο και τρίτιο να έλθουν σε απόσταση χιλιοστού του δισεκατομμυριοστού του μέτρου και να είναι σε θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών κελσίου. Σε αυτή τη θερμοκρασία οι πυρήνες του υδρογόνου έχουν απογυμνωθεί από τα ηλεκτρόνιά τους αλλά αυτά δεν έχουν απομακρυνθεί δημιουργώντας μια ιδιαίτερη κατάσταση της ύλης που ονομάζεται πλάσμα.

Σε αυτό το πλάσμα πρέπει ταυτόχρονα να εφαρμοστεί και ασύλληπτα μεγάλη πίεση, δισεκατομμυρίων ατμοσφαιρών, ώστε πρωτόνια και νετρόνια να συγκροτήσουν πλέον έναν νέο πυρήνα, αυτόν του ηλίου (το οποίο είναι αδρανές στοιχείο, άρα δεν μολύνει). Ο ανασχηματισμός όμως αυτός, καθώς σπάει το αρχικό σφιχταγκάλιασμα νετρονίων-πρωτονίων σε δευτέριο και τρίτιο, αποδίδει ενέργεια μεγαλύτερη από όση απαιτείται για τον πυρήνα του ηλίου. Και αυτήν θέλουν μελλοντικά να την εκμεταλλευτούν, για παράδειγμα, θερμαίνοντας νερό και ο ατμός του να κινεί με καθαρή ενέργεια μία γεννήτρια.