Στο Culham Centre for Fusion Energy, στην Οξφόρδη, μια ομάδα επιστημόνων της UK Atomic Energy Authority (UKAEA) πέτυχε κάτι που μέχρι πρότινος θεωρούνταν ανέφικτο: τη σταθεροποίηση πλάσματος μέσα σε αντιδραστήρα σύντηξης, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά ένα τρισδιάστατο μαγνητικό πεδίο. Το επίτευγμα, που σημειώθηκε στον πειραματικό tokamak MAST Upgrade, θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα βήματα προς την υλοποίηση της καθαρής, ανεξάντλητης ενέργειας σύντηξης, της ίδιας διαδικασίας που τροφοδοτεί τον Ήλιο και τα αστέρια.
Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι, οι αντιδραστήρες σύντηξης επιχειρούν να αναπαράγουν στη Γη τη φυσική διαδικασία που λαμβάνει χώρα στα άστρα: τη σύντηξη ελαφρών πυρήνων (όπως του υδρογόνου) για τη δημιουργία βαρύτερων στοιχείων, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Για να επιτευχθεί αυτό, το καύσιμο πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών, μετατρέποντάς το σε πλάσμα, μια υπέρθερμη, ηλεκτρικά φορτισμένη κατάσταση της ύλης. Το πλάσμα αυτό δεν μπορεί να έρθει σε επαφή με τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, οπότε πρέπει να «αιχμαλωτιστεί» και να ελεγχθεί με εξαιρετικά ακριβή μαγνητικά πεδία.
Εδώ ακριβώς βρίσκεται το μεγαλύτερο εμπόδιο στην προσπάθεια για πρακτική παραγωγή ενέργειας σύντηξης: η σταθερότητα του πλάσματος. Ακόμη και οι παραμικρές διακυμάνσεις μπορούν να αποσταθεροποιήσουν το σύστημα, προκαλώντας καταστροφικές θερμικές εκρήξεις και φθορές στο εσωτερικό του tokamak. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές της UKAEA δοκίμασαν μια τεχνική που μοιάζει να ανήκει στο μέλλον — την εφαρμογή πηνίων Συντονισμένης Μαγνητικής Διαταραχής RMP (Resonant Magnetic Perturbation), τα οποία δημιουργούν ένα τρισδιάστατο μαγνητικό πεδίο στα όρια του πλάσματος.
Η ιδέα είναι να χρησιμοποιηθεί αυτό το τρισδιάστατο πεδίο ως «μαγνητικό φίλτρο», το οποίο εξουδετερώνει τις επικίνδυνες διακυμάνσεις πριν εξελιχθούν σε προβλήματα. Και το αποτέλεσμα ξεπέρασε κάθε προσδοκία: για πρώτη φορά σε έναν σφαιρικό tokamak, οι επιστήμονες κατάφεραν να εξαλείψουν εντελώς τα λεγόμενα Edge Localised Modes (ELMs), ασταθείς περιοχές στα άκρα του πλάσματος που μπορούν να προκαλέσουν έντονο θερμικό στρες και να φθείρουν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Μέχρι σήμερα, η καταστολή των ELMs είχε επιτευχθεί μόνο σε παραδοσιακούς, μεγαλύτερους tokamaks, ποτέ όμως σε συμπαγείς εκδοχές όπως το MAST Upgrade.
Ο James Harrison, επικεφαλής του προγράμματος, χαρακτήρισε το επίτευγμα «σταθμό στην έρευνα της σύντηξης». Όπως εξήγησε, η επιτυχία αποδεικνύει ότι τεχνικές ελέγχου που έχουν αναπτυχθεί για γιγάντια πειράματα όπως το ITER μπορούν να προσαρμοστούν και σε μικρότερες, πιο αποδοτικές μηχανές. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για την επόμενη γενιά αντιδραστήρων, που θα είναι πιο οικονομικοί, ευέλικτοι και ικανοί να προσφέρουν σταθερή παραγωγή ενέργειας χωρίς ραδιενεργά απόβλητα.
Η εξέλιξη αυτή συνδέεται άμεσα με το βρετανικό πρόγραμμα STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), ένα φιλόδοξο σχέδιο που στοχεύει στη δημιουργία ενός πλήρως λειτουργικού σταθμού σύντηξης μέσα στις επόμενες δεκαετίες. Αν το STEP επιτύχει, θα μπορούσε να σηματοδοτήσει το πέρασμα από την εποχή των πειραμάτων στην εποχή της πραγματικής παραγωγής ενέργειας από σύντηξη.
Η πυρηνική σύντηξη έχει χαρακτηριστεί εδώ και χρόνια ως το «Άγιο Δισκοπότηρο» της ενέργειας: καθαρή, ασφαλής, χωρίς εκπομπές άνθρακα και με σχεδόν απεριόριστες πρώτες ύλες (κυρίως υδρογόνο). Το πρόβλημα όμως ήταν πάντα η ίδια της η φύση: οι ακραίες συνθήκες που απαιτούνται για να διατηρηθεί το πλάσμα σταθερό για αρκετό χρόνο ώστε να παραχθεί καθαρή ενέργεια. Παρά τις προόδους σε πειράματα όπως το ITER στη Γαλλία ή το NIF στις ΗΠΑ, η πλήρης ενεργειακή ισορροπία —το σημείο όπου η σύντηξη παράγει περισσότερη ενέργεια απ’ όση καταναλώνει— παραμένει δύσκολο να επιτευχθεί.
Η επιτυχία της βρετανικής ομάδας δεν σημαίνει ότι αυτός ο στόχος έχει επιτευχθεί. Ωστόσο, αποτελεί ουσιαστικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση: επιβεβαιώνει ότι οι επιστήμονες μπορούν πλέον να ελέγξουν το πλάσμα με μεγαλύτερη ακρίβεια, μειώνοντας τους κινδύνους που συνοδεύουν τα πειράματα μεγάλης κλίμακας. Παράλληλα, προσφέρει νέα δεδομένα για τη φυσική των μαγνητικών πεδίων και τη συμπεριφορά της ύλης υπό ακραίες συνθήκες, γνώσεις που θα είναι κρίσιμες για την εξέλιξη της τεχνολογίας σύντηξης.
Αν και η διαδρομή μέχρι την εμπορική αξιοποίηση της πυρηνικής σύντηξης παραμένει μακρά, η επιτυχία του MAST Upgrade δείχνει ότι η πρόοδος δεν είναι θεωρητική, αλλά απτή. Το στοίχημα τώρα είναι να μετατραπούν αυτά τα πειράματα σε σταθερές, αξιόπιστες εγκαταστάσεις ενέργειας που θα μπορούν να λειτουργούν συνεχώς και με ασφάλεια.
[source]
