Οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να προετοιμαστούν για την κατασκευή ενός πρωτότυπου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης, λέει η επιτροπή
Ακριβώς στην ώρα των γιορτών, μια ομάδα κορυφαίων επιστημόνων παρουσίασε ένα σχέδιο για την έρευνα πυρηνικής σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες που μοιάζει με λίστα επιθυμιών. Οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να παραμείνουν στο αμφιλεγόμενο έργο ITER, έναν εξαιρετικά ακριβό αντιδραστήρα σύντηξης που κατασκευάζεται τώρα κοντά στο Cadarache στη Γαλλία, λέει μια έκθεση που δημοσιεύθηκε σήμερα από τις Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής. Ωστόσο, ακόμη και αν οι Ηνωμένες Πολιτείες εγκαταλείψουν τον ITER, θα πρέπει να προετοιμαστούν για την κατασκευή του δικού τους σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης ως συνέχεια, αναφέρει η έκθεση. Για να γίνει αυτό, οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να αυξήσουν τις δαπάνες για την έρευνα σύντηξης κατά 200 εκατομμύρια δολάρια ετησίως, ή 35%, καταλήγει.
Η έκθεση αντανακλά τη βούληση της ευρύτερης κοινότητας σύντηξης, λένε οι συμπρόεδροι της 19μελούς επιτροπής έκθεσης, Michael Mauel, φυσικός σύντηξης στο Πανεπιστήμιο Columbia και Melvyn Shochet, φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στο Ιλινόις. "Ακούσαμε πολύ προσεκτικά την κοινότητα, ειδικά μερικούς από τους νεότερους επιστήμονες που είναι πολύ ενεργοί στον τομέα, και αυτό που ακούσαμε από τους επιστήμονες είναι η επιθυμία να συνεχίσουμε με την ενέργεια σύντηξης", λέει ο Mauel. "Δεν μελετάμε απλώς αυτό το πράγμα, προσπαθούμε να δούμε αν όντως λειτουργεί."
Στην πυρηνική σύντηξη, οι ελαφροί πυρήνες συντήκονται για να σχηματίσουν βαρύτερους πυρήνες και να απελευθερώσουν ενέργεια. Η διαδικασία τροφοδοτεί τον ήλιο και για δεκαετίες οι φυσικοί έχουν εργαστεί για να μετατρέψουν τη σύντηξη σε πρακτική πηγή ενέργειας στη Γη. Η κύρια προσέγγισή τους ήταν να χρησιμοποιήσουν μαγνητικά πεδία για τον περιορισμό και τη συμπίεση ιονισμένων αερίων, ή πλάσματος, δευτερίου και τριτίου σε συσκευές σε σχήμα ντόνατς που ονομάζονται tokamaks, έτσι ώστε το δευτέριο και το τρίτιο να συντηχθούν για να παράγουν ήλιο. Το ITER στοχεύει να είναι το πρώτο tokamak που θα αποκτήσει ένα "φλεγόμενο πλάσμα" που παράγει περισσότερη ενέργεια μέσω της σύντηξης από ό,τι αντλείται στη συσκευή για να διατηρήσει το πλάσμα, ένα βασικό ορόσημο για την ανάπτυξη της ισχύος σύντηξης.
Ωστόσο, το ITER έχει μια προβληματική ιστορία. Το έργο προτάθηκε για πρώτη φορά το 1986 ως κοινή προσπάθεια μεταξύ της Σοβιετικής Ένωσης και των Ηνωμένων Πολιτειών, οι οποίες αποχώρησαν το 1998, για να επανενταχθούν το 2003. Εκείνη την εποχή, το έργο υποτίθεται ότι κόστιζε 10 δισεκατομμύρια δολάρια, με τις Ηνωμένες Πολιτείες να καλύπτουν 9% του συνόλου. Έκτοτε, το κόστος του ITER έχει εκτοξευθεί, έτσι ώστε το μερίδιο των ΗΠΑ μόνο να κοστίζει μεταξύ 4,7 και 6,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων και το χρονοδιάγραμμα έχει διολισθήσει. το πρώτο πλάσμα δεν αναμένεται μέχρι το 2028. Το ITER έχει γίνει ένα πολιτικό ποδόσφαιρο, με τους ιδιοκτήτες στη Γερουσία των ΗΠΑ να προσπαθούν επανειλημμένα να αποσύρουν τις Ηνωμένες Πολιτείες από το έργο και τους ομολόγους τους στη Βουλή των Αντιπροσώπων να προσπαθούν να κρατήσουν τις Ηνωμένες Πολιτείες εντός Για το οικονομικό έτος 2019, οι Ηνωμένες Πολιτείες θα συνεισφέρουν 132 εκατομμύρια δολάρια στο ITER, πολύ λιγότερο από τη συνεισφορά των 250 εκατομμυρίων δολαρίων που θα ήταν η βέλτιστη για το έργο.
Δεδομένων των αβεβαιοτήτων, τον Μάιο του 2016 το Υπουργείο Ενέργειας (DOE) ζήτησε από τις Εθνικές Ακαδημίες να μελετήσουν τον καλύτερο τρόπο προώθησης των επιστημών της ενέργειας σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες σε περίπτωση που η χώρα παραμείνει στον ITER και σε περίπτωση αποχώρησης. Και η έκθεση 252 σελίδων, που κυκλοφόρησε σήμερα στην Ουάσιγκτον, DC, κάνει μόνο δύο συστάσεις:ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες παραμένουν στο έργο ITER και ότι κάνουν την έρευνα και την ανάπτυξη για μια λεγόμενη συμπαγή πιλοτική μονάδα (CPP). Το CPP είναι ουσιαστικά ένα πρωτότυπο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που, σε αντίθεση με τον ITER, θα μπορεί να λειτουργεί συνεχώς και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Στην πραγματικότητα, υποστηρίζει η έκθεση, η υπόθεση για την οικοδόμηση ενός CPP είναι τόσο επιτακτική που οι Ηνωμένες Πολιτείες θα πρέπει να προχωρήσουν με αυτά τα σχέδια ακόμα κι αν αποφασίσουν να αποχωρήσουν από τον ITER.
Ερευνητές σε άλλες χώρες έχουν επίσης σχέδια να κατασκευάσουν πρωτότυπα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας μετά το ITER. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες στην Ευρώπη έχουν σχέδια για έναν ηλεκτρικό σταθμό επίδειξης ή DEMO. Αλλά το CPP θα διέφερε από αυτά τα σχέδια αξιοποιώντας τις τελευταίες εξελίξεις στα υπεραγώγιμα υλικά υψηλής θερμοκρασίας, τους υπολογιστές και τη φυσική του πλάσματος για να φτιάξει έναν αντιδραστήρα σύντηξης που ήταν σημαντικά μικρότερος και φθηνότερος από τα σημερινά σχέδια. Για παράδειγμα, το DEMO αναμένεται να είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το ITER. Αντίθετα, το CPP θα ήταν περίπου το ένα όγδοο του μεγέθους του ITER. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να χρησιμοποιήσει μαγνήτες κατασκευασμένους από υπεραγωγό υψηλής θερμοκρασίας που επιτυγχάνουν πεδία διπλάσια από το πεδίο του ITER.
Η έκθεση παρουσιάζει ένα εμπνευσμένο όραμα για την κοινότητα της σύντηξης των ΗΠΑ, λέει ο Steven Cowley, διευθυντής του Εργαστηρίου Φυσικής Πλάσματος του DOE στο New Jersey. «Το θεμελιώδες μήνυμα είναι ότι το πρόγραμμα σύντηξης των ΗΠΑ πρέπει να έχει μια φιλοδοξία να προχωρήσει και να παράγει μερικά κιλοβάτ ενέργειας», λέει. "Ποιο είναι το νόημα να έχετε ένα πρόγραμμα σύντηξης εάν δεν έχετε στόχο να αναπτύξετε την πρώτη μονάδα παραγωγής ενέργειας σύντηξης;"
Ωστόσο, προσθέτει γρήγορα ο Cowley, οι ερευνητές δεν ξέρουν ακόμη πώς να δημιουργήσουν το CPP και έχουν χρόνια έρευνας και ανάπτυξης μπροστά τους. Θα χρειαστούν επίσης τη γνώση που θα αποκτήσουν από το ITER, λέει. Ο Mauel σημειώνει ότι εάν οι Ηνωμένες Πολιτείες αποχωρήσουν από το ITER, θα πρέπει να δημιουργήσουν ένα παρόμοιο δικό τους πείραμα πριν δημιουργήσουν το CPP. Αυτό απλώς θα έκανε τη διαδικασία μεγαλύτερη και πιο δαπανηρή, λέει. "Δεν υπάρχει συντόμευση" γύρω από το ITER, λέει.
Ένα προφανές ερώτημα είναι εάν το Κογκρέσο είναι πρόθυμο να αυξήσει τη χρηματοδότηση για το πρόγραμμα επιστημών της ενέργειας σύντηξης του DOE, το οποίο ανέρχεται σε 564 εκατομμύρια δολάρια ετησίως. «Νομίζω ότι η προσθήκη 200 εκατομμυρίων δολαρίων [ετησίως] για 2 δεκαετίες είναι ένα εξαιρετικά απίθανο σενάριο, δεδομένων των προτεραιοτήτων [του DOE]», λέει ο William Madia, αντιπρόεδρος στο Πανεπιστήμιο Stanford στο Palo Alto της Καλιφόρνια και μακροχρόνιος παρατηρητής του DOE. Ωστόσο, ένας Δημοκρατικός υπάλληλος στη Βουλή λέει ότι η κλήση δεν πρέπει να απορριφθεί αδικαιολόγητα. "Δεν θα έλεγα ότι αυτοί οι αριθμοί είναι τρελά αντίθετοι με ό,τι είναι δυνατό", λέει ο υπάλληλος, ο οποίος δεν είναι εξουσιοδοτημένος να μιλήσει στο αρχείο.
Η έκθεση υπολείπεται ενός συγκεκριμένου σχεδίου βάσει του οποίου η DOE θα πραγματοποιούσε τον στόχο μιας CPP. "Δεν βλέπω κανένα βιώσιμο σενάριο προϋπολογισμού για αυτό έως ότου η κοινότητα ενωθεί και πει τι θα κάνουν και τι όχι πρόκειται να κάνει", λέει η Madia. Στην πραγματικότητα, η DOE έχει αναθέσει τη συμβουλευτική επιτροπή για τις επιστήμες της ενέργειας σύντηξης να καταλήξει σε ένα τέτοιο μακροπρόθεσμο σχέδιο, το οποίο αναμένεται τον Δεκέμβριο του 2020. Στο παρελθόν, ωστόσο, η κοινότητα της σύντηξης έχει δυσκολευτεί να ενωθούν πίσω από τέτοια μακροπρόθεσμα σχέδια.
Οι παρατηρητές γενικά συμφωνούν ότι το έργο ITER έχει τώρα μεγαλύτερη αξιοπιστία από ό,τι πριν από μερικά χρόνια, μειώνοντας την πιθανότητα να αποσυρθούν οι Ηνωμένες Πολιτείες. Τα εύσημα για αυτό ανήκουν στον Bernard Bigot, τον πυρηνικό φυσικό που ανέλαβε τη θέση του γενικού διευθυντή του προβληματικού οργανισμού το 2015. «Μου αρέσει αυτό που βλέπω τα τελευταία δύο χρόνια, και οφείλεται σε αυτό που έχει κάνει ο Bernard. " λέει η Madia. Στην πραγματικότητα, ο ITER έχει σταθεροποιηθεί αρκετά ώστε το μεγαλύτερο πρόβλημα που αντιμετωπίζει μπορεί τώρα να είναι οι καθυστερημένες συνεισφορές των Ηνωμένων Πολιτειών στο έργο, σημειώνει ο υπάλληλος της Βουλής. "Είναι σε πολύ, πολύ καλύτερη κατάσταση", λέει ο υπάλληλος της Βουλής, "αλλά έχει περάσει από το ότι ο διεθνής οργανισμός είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα στις ΗΠΑ ως το μεγαλύτερο πρόβλημα."
