Τεχνολογία: Ο πιο ισχυρός μαγνήτης του κόσμου θα κάνει το ταξίδι ΗΠΑ-Γαλλία

Ο ισχυρότερος μαγνήτης του κόσμου αρχίζει το ταξίδι από τις ΗΠΑ όπου κατασκευάσθηκε, για τη Γαλλία όπου θα εγκατασταθεί στον υπό κατασκευή Διεθνή Θερμοπυρηνικό Πειραματικό Αντιδραστήρα (ITER), τον λεγόμενο και «Ήλιο επί της Γης».

Ο μαγνήτης με την ονομασία Central Solenoid, όταν συναρμολογηθεί πλήρως, θα έχει ύψος 18 μέτρων και πλάτος 4,3 μέτρων, με βάρος 1.000 τόνων. Θα μπορεί να παράγει μαγνητικό πεδίο ισχύος 13 τέσλα, περίπου 280.000 φορές πιο ισχυρό από το μαγνητικό πεδίο της Γης και αρκετό για να ανυψώσει δύο μέτρα στον αέρα ένα ολόκληρο αεροπλανοφόρο 100.000 τόνων.

«Πρόκειται για τον μεγαλύτερο και πιο δυνατό ηλεκτρομαγνήτη που έχει ποτέ κατασκευαστεί», δήλωσε ο μηχανικός Τζον Σμιθ, διευθυντής της κατασκευάστριας αμερικανικής εταιρείας General Atomics στην Καλιφόρνια.

Ο μαγνήτης θα αποτελέσει την «καρδιά» του ITER, του αντιδραστήρα που κατασκευάζεται από διεθνή κοινοπραξία 35 χωρών, με στόχο να αποδείξει για πρώτη φορά ότι είναι δυνατό να παραχθεί ενέργεια από πυρηνική σύντηξη (το αντίστροφο της σχάσης). Στη σύντηξη -την ίδια διαδικασία παραγωγής ενέργειας που υπάρχει στον Ήλιο- ελαφριοί ατομικοί πυρήνες συγχωνεύονται για να δημιουργήσουν βαρύτερους, μια διαδικασία που στην πορεία απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η θερμοπυρηνική σύντηξη υπόσχεται να αποτελέσει μια απεριόριστη καθαρή εναλλακτική πηγή ενέργειας στο μέλλον, περιορίζοντας δραστικά τις εκπομπές «αερίων του θερμοκηπίου», που συμβάλλουν στην κλιματική αλλαγή.

Η πυρηνική σύντηξη έχει επιτευχθεί σε μικρή κλίμακα, μέσα σε αντιδραστήρες τύπου «τόκαμακ», ήδη από τη δεκαετία του 1950, αλλά όχι για περισσότερο από λίγα δευτερόλεπτα. Για να αποτελέσει μια εναλλακτική τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η αντίδραση της πυρηνικής σύντηξης πρέπει να διαρκεί συνεχώς και να έχει θετικό ενεργειακό ισοζύγιο, δηλαδή να απαιτεί λιγότερη ενέργεια για την παραγωγή του ρεύματος, από αυτή την οποία δημιουργεί. Για το σκοπό αυτό, χρειάζεται ένας πολύ ισχυρός μαγνήτης μέσα στην καρδιά του αντιδραστήρα, ώστε να συγκρατεί το πλάσμα και να συντηρεί την αντίδραση της σύντηξης.

Πώς γίνεται η σύντηξη

Η σύντηξη δουλεύει ως εξής: Μια μικρή ποσότητα αέριου υδρογόνου (των ισοτόπων δευτέριου και τρίτιου) εισάγεται σε ένα μεγάλο θάλαμο κενού που λέγεται «τόκαμακ». Το υδρογόνο θερμαίνεται, έως ότου γίνει ιονισμένο πλάσμα που μοιάζει με νέφος. Γιγάντιοι υπεραγώγιμοι μαγνήτες, ενσωματωμένοι στον τόκαμακ, περιορίζουν το πλάσμα κρατώντας το μακριά από τα μεταλλικά τοιχώματα. Όταν το πλάσμα υδρογόνου φθάσει σε θερμοκρασία 150 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου (δεκαπλάσια από εκείνη στον πυρήνα του Ήλιου), λαμβάνει χώρα η σύντηξη. Κατά την αντίδραση σύντηξης, μια μικρή ποσότητα μάζας μετατρέπεται σε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας με βάση τη διάσημη εξίσωση του Αϊνστάιν Ε=mc2.

Νετρόνια υπερυψηλής ενέργειας, που παράγονται από τη σύντηξη, δραπετεύουν από το μαγνητικό πεδίο και χτυπούν τα μεταλλικά τοιχώματα του τόκαμακ, μεταφέροντας σε αυτά ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Παράλληλα, μερικά νετρόνια αντιδρούν με το λίθιο στα μεταλλικά τοιχώματα και παράγουν περισσότερο τρίτιο για περαιτέρω σύντηξη. Στο μεταξύ, το νερό που κυκλοφορεί μέσα στα τοιχώματα του τόκαμακ, δέχεται τη θερμότητα και την μετατρέπει σε ατμό. Στον εμπορικό αντιδραστήρα -που ακόμη δεν έχει κατασκευαστεί- ο ατμός θα κινεί τουρμπίνες για να παραχθεί ηλεκτρισμός. Εκατοντάδες τόκαμακ έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, αλλά στον ITER για πρώτη φορά θα επιτευχθεί η συνεχόμενη αντίδραση από την «καύση» πλάσματος.

Το πρώτο τμήμα του τεράστιου μαγνήτη θα φθάσει με πλοίο από λιμάνι του Τέξας στη Μασσαλία τον Αύγουστο και από εκεί με τεράστια νταλίκα θα κατευθυνθεί στον ITER στη νότια Γαλλία. Τα υπόλοιπα έξι τμήματα του μαγνήτη θα ακολουθήσουν στη συνέχεια. Παρά τις καθυστερήσεις λόγω της πανδημίας Covid-19, η κατασκευή του ITE έχει ήδη προχωρήσει κατά 75% περίπου και αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί εντός του 2025. Αλλά οι πρώτες κανονικές αντιδράσεις σύντηξης ατόμων υδρογόνου δεν θα γίνουν πριν το 2035. Ο ITER αναμένεται να παράγει 500 μεγαβάτ θερμικής ενέργειας από σύντηξη, αλλά όχι ηλεκτρισμό.

Εφόσον πάντως αποδειχθεί πρακτικά στον ITER (που σημαίνει «Οδός» στα λατινικά) ότι είναι εφικτή η συνεχής και βιώσιμη παραγωγή ενέργειας, τότε η τεχνολογία θα αναπαραχθεί σε μαζική κλίμακα παγκοσμίως για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Ήδη οι ΗΠΑ σχεδιάζουν τη δημιουργία ενός πιλοτικού εργοστασίου ηλεκτροπαραγωγής από σύντηξη έως το 2040. Ο κίνδυνος ατυχημάτων θεωρείται πολύ μικρός, καθώς, αν κάτι πάει στραβά, απλώς σταματά η πυρηνική αντίδραση, χωρίς κίνδυνο διαρροής ραδιενέργειας.

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ