A mund të furnizohet bota me energji nga shkrirja e atomeve?

2022-12-15 09:34:52, Blog CNA

Ministria e Jashtme amerikane njoftoi arritjen e një suksesi të madh në teknologjinë e shkrirjes atomike. Shkencëtarët e National Ignition Facility (NIF), impiantit për shkrirjen me rreze lazer të atomeve, në laboratorin kalifornian, Lawrence Livermore National Laboratory kanë arritur të prodhojnë në laborator energji me ndihmën e shkrirjes së atomeve.

"Ky është një sukses i rëndësishëm për studiuesit dhe bashkëpunëtorët e National Ignition Facility, që ia kanë dedikuar karrierën e tyre shkrirjes së atomeve dhe ky sukses do të pasohet me siguri nga zbulime të tjera,” tha ministrja amerikane e Energjetikës Jennifer M. Granholm. "Shprehur thjeshtë, kjo është një nga arritjet shkencore më impresionuese të shekullit të 21-të.”

Dekada me radhë shkencëtarët kanë shpenzuar më shumë energji për reaktorët eksperimentalë të shkrirjes atomike se sa kanë fituar energji të re nga i gjithë procesi në përgjithësi. Këto humbje kanë bërë që jo bashkimi i atomeve por ndarja e atomit të kthehet në proces standard për prodhimin e energjisë së pakufizueshme dhe të padëmshme për mjedisin, megjithëse ky proces është i lidhur me rreziqe për shëndetin dhe sigurinë.

Më 5 dhjetor 2022, shkencëtarët e NIF zhvilluan për herë të parë në histori eksperimentin e kontrolluar me të cilin nga shkrirja e atomeve fitohet më shumë energji se sa harrxhohet për të arritur deri aty. Në këtë mënyrë studiuesit e prodhimit të energjisë në sasi të madhe kanë bërë një hap të rëndësishëm drejt arritjes së synimit të tyre.

"E ardhmja e energjisë "

A mund të furnizohet bota me energji nga shkrirja e atomeve?

Jennifer Granholm

Kush punon në sektorin e energjisë atomike e di me siguri që: Prodhimi i rrymës me ndihmë të shkrirjes së atomeve është larg 30 vjet, kjo ka vlejtur për studiuesit si para dhjetë vjetësh ashtu edhe sot. Megjithë kompleksitetin e kësaj teknologjie, ata që punojnë me të janë shumë të bindur se mundimi ia vlen.

Po pse? Shkrirja e atomeve ka potencial më të madh energjie se sa të gjithë burimet e tjera të njohura të energjisë. Me anë të saj mund të prodhohet katër milionë herë më shumë energji se sa energjia që prodhohet nga reaksionet kimike si përshembull djegia e qymyrit, naftës ose gazit dhe katër herë më shumë energji se sa energjia e prodhuar nga ndarja e atomeve, procesit që përdoret aktualisht në gjithë centralet atomike të botës.

Shkrirja atomike, zbuluar në fund të shekullit të 20-të shihet nga shumë vendimmarrës politikë sidomos të Europës si energjia e së ardhmes.

Por a është shkrirja atomike vërtet një alternativë "e gjelbërt” për metodat tona të deritanishme dhe deri ku kemi arritur të shkojmë për prodhimin e rrymës me këtë metodë?

Si "djegia e druve të zjarrit"

Për të kthyer përgjigje për këtë pyetje, reaktori ndërkombëtar termobërthamor, ITER, një projekt i madh i përbashkët ekpertësh bërthamorë nga 35 vende, ofron mundësi për ta vizituar.

ITER ndodhet disa orë larg bregdetit jugor të Francës, në mes të një peisazhi idilik. Territori i projektit është plot me salla metalike, punishte dhe pajisje. Studiuesit, tekniket dhe teknikët qarkullojnë në këtë terren me helmeta mbrojtëse, çizme gome dhe jelekë ngjyrë neoni.

Në mes të këtij peisazhi industrial, Pietro Barabashi, Drejtori i përgjithshëm i ITER thotë, se e ardhmja e energjisë së shkrirjes së atomeve është shumë shpresëdhënëse. Ai e krahason prodhimin e energjisë nga shkrirja atomike me djegien e druve të zjarrit. "Në fillim ndizet zjarri që ngroh drutë dhe dikur fillon një reaksion kimik. Ky reaksion mjafton për të djegur pjesën tjetër të drurit.”

Fitim energjie nga shkrirja atomike

Atomet përbëhen nga një bërthamë (me protone dhe neutrone) dhe elektrone. Gjatë shkrirjes së atomeve dy atome shkrihen duke prodhuar një atom nëpërmjet goditjes së bërthamave të tyre. Nga shkrirja prodhohet energji e madhe dhe këtë energji shkencëtarët duan ta kthejnë në energji elektrike. Kjo energji do të ndriçojë një ditë shtëpitë tona.

Parë nga pikëpamja teknike ne përdorim tashmë energji nga neutronet fluturuese të centraleve të energjisë atomike. Pse nuk qëndrojmë këtu por kërkojmë më shumë?

Shkrirja përballë ndarjes

Ky imazh tregon pusin e plazmës në brendësi të impintit të shkrirjes bërthamore JET (Joint European Tours)

Ndryshe nga shkrirja e atomeve, gjatë ndarjes nuk shkrihen dy atome të lehta me njëri-tjetrin, por një atom i rëndë ndahet në dy ose më shumë atome. Të gjitha centralet atomike të botës përdorin reaktorë ndarës për të prodhuar rrymë.

Franca, në të cilën ndodhet ITER, prodhon 70 përqind të energjisë së saj nga ndarja e atomeve. Në pjesën më të madhe të vendeve të botës ndarja e atomeve nuk është burim i kënaqshëm energjie, sepse publiku ka frikë nga rrezatimet e dëmshme, frikë që ushqehet nga incidentet si katastrofa e Çernobilit, shkrirja atomike e Fukushimës dhe shkrirja atomike e pjesshme në centralin atomik amerikan,"Three Mile Island".

Ndryshimi kryesor midis ndarjes së atomeve dhe bashkimit të tyre është tek radioaktiviteti i lëndës djegëse që prodhohet gjatë dy proceseve, shpjegon Akko Maas, punonjës i ITER-it. Ai është pjesë e ekipit që kur ITEL ka filluar me kërkimet.

"Gjatë ndarjes së atomit si urani i përdorur edhe platini i prodhuar janë radioaktive. Edhe kur prej tyre merret energjia, materiali radioaktiv mbetet. "Nga dy lëndët e para që shihen si më efektivet për energjinë që prodhohet nga shkrirja e atomeve, deuteriumi nuk është radioaktiv kurse tritiumi është. Megjithatë rrezatimi është relativisht i dobët dhe jetëshkurtër.

"Nëse materialet zgjidhen si duhet, radioaktiviteti i krijuar nga shkrirja e atomeve edhe nëse bëhet prodhim industrial, mund të kufizohet në 100 deri 200 vjet, që është shumë më pak se sa 40 mijë vjetë, që vërejmë tek ndarja e atomeve,” thotë Maas.

Përfitimi i "gjelbër"

Përkrahësit e energjisë atomike pretendojnë jo vetëm që kjo energji është shumë eficiente, por edhe se ajo ul shumë varësinë tonë nga lëndët djegëse me bazë fosile. Vetë energjia atomike shihet si mënyrë tjetër për të prodhuar energji, përveç asaj prodhuar me lëndë djegëse me bazë fosile, sepse gjatë prodhimit të saj nuk prodhohet dioksod karboni, por prodhohet si produkt dytësor heliumi, një gaz jo helmues që nuk shkakton reaksione.

Përveç kësaj, deuteriumi ndodhet në sasi të mëdha në ujërat detare dhe studiuesit kërkojnë që të prodhojnë tritiumin në vend, me ndihmën e litiumit.

Burimet e energjive të renovueshme si energjia diellore dhe energjia e erës nuk mund të mbulojnë nevojat për energji të botës. Shkrirja atomike, nëse është e suksesshme mund të prodhojë më shumë energji se sa nevojat. E gjitha tingëllon bukur, megjithatë ka qenë deri tani një ëndërr e parealizueshme. Në mënyrë që shkrirja atomike të kthehet në realitet, duhet që të arrihet progres teknologjik në fizikën e plazmës. "Parë teknikisht është e vështirë të arrish një reaktion shkrirjeje atomike, që të jetë i qendrueshëm dhe stabil,” thotë Barabashi.

Pietro Barabaschi, drejtor i pëgjithshëm i ITER

Rrezatimet e Diellit dhe të ngrohtësisë që ndiejmë në Tokë, janë rezultat i një reaksioni shkrirës atomik. Ky proces zhvillohet në bërthamën e Diellit nën temperatura të larta dhe presion të madh. Sfida ka të bëjë me riprodhimin e këtyre proceseve që zhvillohen në zemër të Diellit, por pa presionin që krijohet nga forca e rëndesës së masës së madhe të Diellit.

Për të arritur shkrirjen atomike në Tokë, duhet që gazi të nxehet në temperatura shumë të larta prej 150 milionë gradësh celsius, që është dhjetëfishi i temperaturës së bërthamës së Diellit. Kur arrin kjo pikë, gazi është kthyer në plazmë, e cila është një milion herë më e lehtë se ajri që ne thithim.

Studiuesit e shkrirjes atomike kanë parë, se prodhimi i plazmës nëpërmjet nxehjes së një përzierje deuteriumi dhe tritiumi është rruga më e thjeshtë për të krijuar një ambient ku mund të zhvillohet shkrirja e atomeve dhe mund të prodhohet energji.

Plazma e përdorur nga ITER-i për eksperimentet e shkrirjes atomike mbahet në një impiant, që quhet Tokamak, duke u kufizuar nga një fushë e fortë magnetike. Nën këto kushte ekstreme pjesëzat e plazmës përplasen shpejt duke prodhuar ngrohje. Por paradoksalisht, kur temperaturat rriten bie niveli i përplasjes dhe bashkë me të edhe efekti nxehës. "Pra është plazma që mbas një momenti të caktuar shuhet,” thotë Barabashi.

Po t'i kthehemi analogjisë me drutë e zjarrit: Është njësoj sikur të mos dihej si të mbahej zjarri për të mbajtur të qendrueshme "plazmën që digjet”. Kjo është sfida më e madhe para së cilës ndodhen eksperimentet e shkrirjes së atomeve në gjithë botën.

Siguria gjatë shkrirjes

Prerje tërthore e reaktorit të shkrirjes bërthamore nga projekti ITER

Ajo që është mallkim për dikë, mund të jetë urim për dikë tjetër. "Shuarja” e plazmës kur kushtet janë të pafavorshme do të thotë edhe se, reaksioni ndalon kur ka mungesë stabiliteti. Kjo gjë e bën shkrirjen e atomeve më të sigurt se ndarja e atomeve, thonë ekspertët.

Një shkrirje atomike si ajo e Fukushimës është e pamundur që të ndodhë, thotë Gilles Perrier, drejtor i sektorit për sigurinë dhe cilësinë tek ITER-i. Në një reaktor ndarës kemi bërthamën radioaktive, e cila duhet të ftohet në rast se fiket reaktori.

"Gjatë ndarjes së atomeve rreziqet për incidente janë shumë më të mëdha. Gjatë shkrirjes së atomeve ato janë shumë të vogla,” thotë Perrier. Sipas mendimit të tij, siguria e një impianti për shkrirjen e atomeve përbëhet nga tri pjesë: Përfshirja e plazmës, ulja e rrezatimeve dhe shmangia e kontaminimit të tritiumit. Plazma mbahet në një enë vakuumi. "Edhe në rastin më të keq po qe se plazma del jashtë, pasojat nuk përhapen më shumë se tek vendi ku ka ndodhur,” thotë ai.

Nga eksperimenti tek elektriciteti

Deri tani studiuesit e shkrirje së atomeve kanë prodhuar maksimumin e energjisë prej 54 megaxhuli për pesë sekonda. Kjo është e barabartë me rrymën që duhet për të mbajtur ndezur një llampë për dy muaj rresht. Sfida para së cilës ndodhen tani studiuesit është si të prodhohet rrymë në sasi të madhe.

Barabashi thotë se kalimi nga eksperimenti i shkrirjes së atomeve tek reaktori për prodhimin e energjisë është si kalimi nga djegia e drurit tek centrali elektrik me qymyrgur. Megjithëse sfida është e madhe, ai është optimist, se reaktori eksperimental i ITER-it, do të bëhet funksionues deri në fund të dekadës dhe do të kontribuojë që brenda 30 viteve të ardhshme të arrihet të ngrihet një central demostrimi.

Në fund të fundit teknologjia e shkrirjes së atomeve ka nevojë për kohë, por sipas disa shkencëtarëve ne nuk kemi kohë. Energjia e shkrirjes së atomeve nuk mund të zgjidhë krizën energjetike të këtij dimri, dhe ajo nuk do të kontribuojë për të ulur emisionet e dioksdit të karbonit në të ardhmen e afërt.

Në librin e tij "The Fairy Tale of Nuclear Fusion" (Përralla e shkrirjes së atomeve) shkencëtari bërthamor LJ Reinders, thotë se energjia e shkrirjes së atomeve do të arrijë vonë për të zgjidhur problemet tona akute me klimën. Kurse Barbashi është i mendimit se investimet tek shkrirja e atomeve nuk bëhen për të mbuluar nevojat e sotme energjetike, por të atyre të gjysmës së dytë të shekullit tonë./DW