Η υπόσχεση της πυρηνικής σύντηξης ως ανεξάντλητης, καθαρής πηγής ενέργειας παραμένει ένα από τα μεγάλα στοιχήματα της επιστήμης. Ωστόσο, νέα έρευνα δείχνει ότι ακόμη και ένα μικροσκοπικό ελάττωμα μπορεί να σταθεί εμπόδιο σε αυτήν την τεχνολογική επανάσταση. Ειδικότερα, οι ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις που αναπτύσσονται στις πειραματικές εγκαταστάσεις σύντηξης φαίνεται ότι προκαλούν ατέλειες στα διαμαντένια καψίδια που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση καυσίμου υδρογόνου, επηρεάζοντας καθοριστικά την επιτυχία των πειραμάτων.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Matter, υπογραμμίζει πως αυτά τα ελαττώματα στο διαμάντι μπορούν να διαταράξουν τη συμμετρία της έκρηξης, δηλαδή τη διαδικασία της συμμετρικής κατάρρευσης του καψιδίου που είναι απαραίτητη για να ξεκινήσει η σύντηξη. Η απώλεια αυτής της ισορροπίας οδηγεί σε χαμηλότερη παραγωγή ενέργειας ή ακόμα και σε πλήρη αποτυχία της ανάφλεξης. Με δεδομένο το τεράστιο κόστος και την πολυπλοκότητα κάθε πειραματικής προσπάθειας, η βελτίωση του σχεδιασμού των καψιδίων θεωρείται κρίσιμη για την πρόοδο του πεδίου.
Στη θεωρία, η σύντηξη προσφέρει ένα ενεργειακό όνειρο: η ένωση δύο ελαφρών ατόμων σε ένα βαρύτερο παράγει τεράστια ποσά ενέργειας, χωρίς να αφήνει πίσω τα επικίνδυνα ραδιενεργά απόβλητα της σχάσης. Στην πράξη όμως, η επίτευξη των συνθηκών που απαιτούνται – θερμοκρασίες και πιέσεις άπειρα μεγαλύτερες από ό,τι μπορεί να αντέξει η γήινη ύλη – αποδεικνύεται εξαιρετικά δύσκολη. Μέχρι σήμερα, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες βασίζονται αποκλειστικά στη σχάση, αφού η σύντηξη παραμένει εκτός λειτουργικής εμβέλειας.
Ένα από τα πιο γνωστά κέντρα έρευνας στον τομέα, το National Ignition Facility (NIF) του Lawrence Livermore National Laboratory στις ΗΠΑ, χρησιμοποιεί διαμαντένια καψίδια για να συγκρατήσει τα ισότοπα υδρογόνου δευτέριο και τρίτιο. Στα πειράματα, πανίσχυρα laser κατευθύνονται προς αυτά τα καψίδια, συμπιέζοντάς τα σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες, με στόχο να επιτύχουν συμμετρική κατάρρευση και έτσι τις ιδανικές συνθήκες για την έναρξη της σύντηξης.
Όμως, το διαμάντι, όσο σκληρό κι αν είναι, παραμένει ένα εύθραυστο υλικό. Οι ερευνητές περιγράφουν ότι η μελέτη της συμπεριφοράς του σε τέτοια ακραία περιβάλλοντα είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Για να κατανοήσουν πώς ακριβώς αντιδρά, πραγματοποίησαν ένα πείραμα όπου τα δείγματα διαμαντιού εκτέθηκαν σε συνεχόμενα κύματα πίεσης σε χρονικά διαστήματα μερικών νανοδευτερολέπτων, καταγράφοντας τις αλλοιώσεις στη δομή του.
Τα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά: στα 115 gigapascals – μια πίεση σχεδόν αδιανόητη αν αναλογιστεί κανείς ότι η ατμοσφαιρική πίεση στη Γη είναι περίπου 1.000 hectopascals – το διαμάντι παρουσίασε ελαττώματα. Αυτά κυμαίνονταν από μικρές παραμορφώσεις στο κρυσταλλικό πλέγμα έως περιοχές πλήρους αταξίας, γνωστές ως αμορφοποίηση. Με άλλα λόγια, το υλικό που θεωρείται το πιο ανθεκτικό στη φύση αρχίζει να χάνει τη δομική του συνοχή.
Για τους επιστήμονες που εργάζονται πάνω στη σύντηξη, αυτά τα ευρήματα σηματοδοτούν μια ακόμη πρόκληση στον ήδη μακρύ κατάλογο τεχνικών εμποδίων. Χωρίς την απόλυτη συμμετρία στην κατάρρευση του καψιδίου, η πιθανότητα επιτυχούς ανάφλεξης μειώνεται δραστικά. Και χωρίς ανάφλεξη, το όνειρο της σύντηξης μετατίθεται ακόμη πιο μακριά στο μέλλον.
Αν και η μελέτη δεν προσφέρει άμεσες λύσεις, ανοίγει τον δρόμο για μια πιο στοχευμένη έρευνα σχετικά με τα υλικά που μπορούν να αντέξουν σε τέτοιες συνθήκες. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η κατανόηση των ορίων του διαμαντιού ίσως οδηγήσει είτε σε βελτιωμένα σχέδια καψιδίων είτε στην αναζήτηση εναλλακτικών υλικών που θα μπορούσαν να αντέξουν τις τεράστιες πιέσεις χωρίς να παραμορφώνονται.
Για την ώρα, η πορεία προς την πρακτική εφαρμογή της σύντηξης παραμένει αβέβαιη. Ίσως χρειαστεί ακόμη μία δεκαετία ερευνών, ίσως και περισσότερο.
[via]
