COMPUTER ΓΙΑ ΟΛΟΥΣ
53
θα καταναλώνουν την ενέργειά τους
στο πλάσμα, επιφέροντας νέα αύξηση
της θερμοκρασίας του. Έξω από το
εσωτερικό τοίχωμα του τόρου θα υπάρ-
χουν διατάξεις που θα επιβραδύνουν
και θα απορροφούν τα νετρόνια με
αποδοτικό και ασφαλή τρόπο, περιορί-
ζοντας την καταπόνηση του αντιδραστή-
ρα και επιτρέποντας την παραγωγή τρι-
τίου από το λίθιο και τα νετρόνια. Η
ενέργεια των νετρονίων θα μετατρέπε-
ται ξανά σε θερμότητα που θα μπορεί
να κινήσει τουρμπίνες, όπως στα κανο-
νικά εργοστάσια παραγωγής ρεύματος.
ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ
Ο τόρος που θα φιλοξενεί το πλάσμα
στον ITER θα έχει εσωτερική διάμετρο
2
μ. και εξωτερική 6,2μ. Ο ΙΤΕΡ έχει σχε-
διαστεί για να παράγει περίπου 500MW
(1
ΜW=10^6 Watts) ενέργειας από σύ-
ντηξη που θα μπορεί να διατηρηθεί για
500
δευτερόλεπτα.
Για την παραγωγή αυτής της ενέργει-
ας ο αντιδραστήρας θα καταναλώνει
50
MW. Ουσιαστικά, δηλαδή, ο στόχος
είναι να δεκαπλασιάζει κάθε Watt που
καταναλώνει. Αυτό ισοδυναμεί με συ-
ντελεστή Q=10, όπου Q είναι ο λόγος
εκλυόμενης θερμότητας προς τη θερ-
μότητα εισόδου. Είναι σημαντικό να
αναφέρουμε ότι για να αναφλεγεί το
πλάσμα απαιτείται Q>1, ούτως ώστε η
περισσότερη θερμότητα για τη συνέχι-
ση της σύντηξης να προέρχεται από τις
ίδιες τις αντιδράσεις, ενώ οι εμπορικοί
αντιδραστήρες θα πρέπει να έχουν Q
μεταξύ 15 και 22 για να είναι αποδοτι-
κοί.
CΓO
ITER
ΛIΓΗ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ
Η πυρηνική σύντηξη είναι η συνένωση ατόμων με ταυτόχρονη
απελευθέρωση ενέργειας και μπορεί να γίνει μόνο από στοι-
χεία που είναι ελαφρύτερα του σιδήρου, όπως τα ισότοπα του
υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο). τα τελευταία είναι τα ιδανικό-
τερα για την παραγωγή ενέργειας, καθώς απαιτούν τις μικρό-
τερες θερμοκρασίες για σύντηξη σε μεγάλες ποσότητες. Σε
σχέση με τη μάζα τους, η αντίδραση δευτέριου-τρίτιου απε-
λευθερώνει σχεδόν τρεις φορές περισσότερη ενέργεια από τη
σχάση του ουρανίου 235 και εκατομμύρια φορές περισσότερη
ενέργεια από την καύση του άνθρακα.
Γι' αυτό, όλα σχεδόν τα είδη σύντηξης περιλαμβάνουν ισότο-
πα του υδρογόνου, το δευτέριο και το τρίτιο. Για παράδειγμα,
στους αστέρες όπως στον Ήλιο πραγματοποιούνται αντιδρά-
σεις σε επίπεδο πρωτονίων που ενώνονται για να σχηματί-
σουν δευτέριο, που με τη σειρά του ενώνεται με ένα πρωτόνιο
για να παράγει ήλιο. Η διαδικασία αυτή παράγει ακτινοβολία
(
φως, ακτίνες γάμμα) και σωματίδια υψηλής ενέργειας. Υπάρ-
χουν όμως και αντιδράσεις σύντηξης μεταξύ ατόμων δευτερί-
ου αλλά και μεταξύ ατόμων δευτερίου με τρίτιο. Όταν γίνεται
σύντηξη δευτέριου και τρίτιου, οι δύο πυρήνες ενώνονται σχη-
ματίζοντας έναν πυρήνα ηλίου-4 (ένα σωματίδιο άλφα), καθώς
και ένα νετρόνιο υψηλής ενέργειας. Η ενέργεια που απελευ-
θερώνεται σε αυτή την περίπτωση μεταφέρεται κυρίως από το
νετρόνιο. Αυτή η τελευταία μορφή ενδιαφέρει τους επιστήμο-
νες. Άφθονο δευτέριο μπορούμε να εξαγάγουμε από το θα-
λασσινό νερό, ενώ το τρίτιο παράγεται μέσα στον ίδιο το θερ-
μοπυρηνικό αντιδραστήρα από το λίθιο.
Όμως, για να ξεκινήσει η σύντηξη απαιτείται μεγάλη ποσότητα
ενέργειας επειδή τα πρωτόνια των πυρήνων απωθούνται λόγω
του θετικού φορτίου τους. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι οι
πυρήνες των ισοτόπων υδρογόνου πρέπει να μπορούν να έρ-
θουν πάρα πολύ κοντά (10^-15 μέτρα), προκειμένου να αυξη-
θεί η πιθανότητα να υπερβούν το ηλεκτροστατικό φράγμα που
τους χωρίζει και το σημείο όπου η ισχυρή πυρηνική και η ηλε-
κτροστατική δύναμη είναι ισοδύναμες. Στο ITER, αυτή η κυριο-
λεκτικά απειροελάχιστη απόσταση θα γίνει δυνατή μέσω υψη-
λών θερμοκρασιών και μαγνητικών δυνάμεων που ασκούν πίε-
ση στο πλάσμα.
Με τη θέρμανση υδρογόνου σε υψηλές θερμοκρασίες προκα-
λούνται συγκρούσεις των πυρήνων των ατόμων του υδρογό-
νου, τόσο ορμητικές και βίαιες που τελικά αυτοί συνενώνο-
νται, δημιουργώντας πυρήνες ηλίου (μεταστοιχείωση), εκλύο-
ντας ταυτόχρονα θερμική ενέργεια. Για το δευτέριο και το τρί-
τιο, αυτό συμβαίνει σε θερμοκρασίες της τάξης των
100.000.000
βαθμών Κελσίου! το πλάσμα φτάνει σε τόσο υψη-
λή θερμοκρασία με απότομη συμπίεση (αυξάνοντας το μαγνη-
τικό πεδίο που το περιορίζει) και με ωμική θέρμανση, δηλαδή
μέσω ρεύματος που διατρέχει το πλάσμα (το οποίο λειτουργεί
ως αγωγός, όπως ακριβώς θερμαίνεται μία αναμμένη λάμπα).
Αυτό το ρεύμα δημιουργείται επαγωγικά από άλλους ηλεκτρο-
μαγνήτες που περιβάλλουν τον τόρο με το πλάσμα. Όσο αυξά-
νει όμως η θερμοκρασία τόσο μειώνεται η αντίσταση του πλά-
σματος και μειώνεται η απόδοση. Γι' αυτό, παράλληλα, εισάγο-
νται στο πλάσμα άτομα με μεγάλη κινητική ενέργεια (neutral
beam injection), τα οποία ιονίζονται και παγιδεύονται από το
μαγνητικό πεδίο. τα ιόντα στη συνέχεια μεταφέρουν μέρος
της ενέργειάς τους στα άτομα του πλάσματος μέσω κρούσε-
ων, αυξάνοντας και άλλο τη θερμοκρασία του. Ένας ακόμα
τρόπος αύξησης της θερμοκρασίας είναι με ηλεκτρομαγνητικά
κύματα (RF heating) που δημιουργούνται από κύκλοτρα (επι-
ταχυντές φορτισμένων σωματιδίων) που βρίσκονται εξωτερικά
του τόρου.
Η Κορέα θα κατασκευάσει τους απαραίτητους μετατροπείς ρεύματος AC/DC.
