Ανάλυση: Που βρίσκεται σήμερα η πυρηνική σύντηξη - Μπαίνει δυναμικά ο ιδιωτικός τομέας

Σήμερα όλοι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν με αντιδράσεις σχάσης, που απελευθερώνουν ενέργεια διασπώντας τα άτομα. Υπάρχει, όμως, μια ακόμη πυρηνική αντίδραση που είναι εν δυνάμει πιο υποσχόμενη ως ενεργειακή πηγή: Η πυρηνική σύντηξη. Σε αντίθεση με τη σχάση, η σύντηξη απελευθερώνει ενέργεια ενώνοντας τα άτομα. Η σύντηξη είναι που τροφοδοτεί τον ήλιο και άλλα άστρα, όπως και την τρομερά καταστροφική βόμβα υδρογόνου.

Δεν είναι δύσκολο να καταλάβει κανείς την ελκυστικότητα της χρήσης σύντηξης ως πηγή ενέργειας. Σε αντίθεση με τον άνθρακα ή το αέριο που βασίζονται σε μη ανανεώσιμες πηγές από το υπέδαφος, τα καύσιμα της σύντηξης είναι ουσιαστικά απεριόριστα. Ένας αντιδραστήρας σύντηξης μπορεί θεωρητικά να τροφοδοτείται αποκλειστικά με δευτέριο (ισότοπο του υδρογόνου με ένα ακόμη νετρόνιο) και υπάρχει αρκετό δευτέριο στο θαλασσινό νερό για να τροφοδοτήσει ολόκληρο τον πλανήτη στο σημερινό ρυθμό κατανάλωσης για 26 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η σύντηξη έχει πολλά από τα πλεονεκτήματα της σχάσης και λιγότερα μειονεκτήματα. Όπως και η σχάση, η σύντηξη απαιτεί λιγοστές ποσότητες καυσίμου: Το καύσιμο σύντηξης έχει ενεργειακή πυκνότητα (ο λόγος της ενέργειας προς τη μάζα) ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τα ορυκτά καύσιμα και τέσσερις φορές μεγαλύτερη από τη σχάση.

Όπως και η σχάση, η σύντηξη μπορεί να παράγει καθαρό ηλεκτρισμό βάσης δίχως τη στοχαστικότητα των αιολικών και των φωτοβολταϊκών. Όμως, τα απόβλητα της σύντηξης είναι πολύ λιγότερο ραδιενεργά από της σχάσης και το είδος των αντιδράσεων που μπορεί να οδηγήσουν σε τήξη σε ένα αντιδραστήρα σχάσης δεν μπορεί να συμβεί στη σύντηξη.

Λόγω της δυνατότητάς της να παρέχει απεριόριστη καθαρή ενέργεια, πολλές χώρες ανά την υφήλιο δαπάνησαν δισεκατομμύρια δολάρια προς αναζήτηση της σύντηξης. Σχέδια για σχετικούς αντιδραστήρες εμφανίστηκαν ήδη από το 1939 και έλαβαν ευρεσιτεχνίες από το 1946. Η αμερικανική κυβέρνηση ξεκίνησε να χρηματοδοτεί την έρευνα στη σύντηξη το 1951 και συνέχισε έκτοτε.

Όμως, παρά τις δεκαετίες ερευνών, η σύντηξη παραμένει σήμερα μακρινή. Τη δεκαετία του 1970 οι φυσικοί άρχισαν να την περιγράφουν ως "μια πολύ αξιόπιστη επιστήμη: Ο αντιδραστήρας απείχε πάντα 20 χρόνια".

Αν και έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος - οι σύγχρονοι αντιδραστήρες είναι πιο καυτοί, διατηρούν τη θερμοκρασία περισσότερο χρόνο και παράγουν πολύ περισσότερη ισχύ από τις πρώτες απόπειρες - ακόμη δεν έχει κατασκευαστεί ένας που θα παράγει περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζεται, πόσο μάλλον να το πράξει οικονομικά.

Λόγω της δυσκολίας να δημιουργηθούν οι ακραίες συνθήκες που απαιτούν οι αντιδραστήρες σύντηξης και την ανάγκη επίλυσης επιστημονικών και μηχανικών προβλημάτων, η πρόοδος υπήρξε αργή. Η κατασκευή ενός αντιδραστήρα σύντηξης έχει περιγραφεί ως το πρόγραμμα Απόλλων αν η ΝΑΣΑ χρειαζόταν να ανακαλύψει τους Νευτώνιους νόμους ενώ ταυτόχρονα έφτιαχνε τους πυραύλους.

Υπάρχουν, όμως, καλές πιθανότητες ότι ένας λειτουργικός αντιδραστήρας είναι κοντά. Δεκάδες ιδιωτικές εταιρείες χρησιμοποιούν δεκαετίες κρατικής έρευνας στην προσπάθειά τους να κατασκευάσουν πρακτικούς αντιδραστήρες και είναι πιθανό ότι τουλάχιστον μια θα το καταφέρει. Εφόσον συμβεί, τότε η πρόκληση για τη σύντηξη θα είναι το να καταφέρει να ανταγωνιστεί εμπορικά τις άλλες πηγές καθαρού ηλεκτρισμού.

Τα βασικά της σύντηξης

Μια αντίδραση σύντηξης είναι απλή. Όταν δύο ατομικοί πυρήνες συγκρούονται με επαρκή δύναμη, τότε ενώνονται και σχηματίζουν ένα νέο, βαρύτερο πυρήνα, απελευθερώνοντας σωματίδια (όπως νετρόνια ή νετρίνα) και ενέργεια στην πορεία. Ο ήλιος, για παράδειγμα, τροφοδοτείται κυρίως από τη σύντηξη πυρήνων υδρογόνου σε ήλιο σε μια σειρά αντιδράσεων που ονομάζονται η αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου.

Η σύντηξη είναι εφικτή διότι όταν οι πυρήνες έρχονται αρκετά κοντά, τότε έλκονται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Όμως, μέχρι να φτάσουν σε τέτοια κοντινή απόσταση, το θετικό φορτίο των πρωτονίων προκαλούν απώθηση. Αυτή μπορεί να ξεπεραστεί αν οι πυρήνες είναι αρκετά ενεργητικοί (π.χ. να κινούνται επαρκώς γρήγορα) όταν συγκρούονται, αλλά ακόμα και σε υψηλές ενέργειες οι περισσότεροι απλά κάνουν γκελ, παρά ενώνονται.

Προκειμένου να πετύχει κανείς αυτοτροφοδοτούμενη σύντηξη, χρειάζεται ένας συνδυασμός πυρήνων που είναι πολύ υψηλής ενέργειας (π.χ. υψηλής θερμοκρασίας) και με αρκετές ευκαιρίες σύγκρουσης να επιτρέψουν τη σύντηξη (ως αποτέλεσμα υψηλής πυκνότητας και υψηλού χρόνου συγκράτησης. Η θερμοκρασία που χρειάζεται είναι τόσο υψηλή (δεκάδες ή εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμοί) που τα ηλεκτρόνια φεύγουν από τα άτομα και σχηματίζουν ένα νέφος αρνητικώς φορτισμένων ηλεκτρονίων και θετικά φορτισμένων πυρήνων που αποκαλείται πλάσμα.

Αν η πυκνότητα και ο χρόνος συγκράτησης του πλάσματος είναι πάνω από ένα κρίσιμο επίπεδο (γνωστό ως το Κριτήριο Λώσον), και η θερμοκρασία αρκετά υψηλή, τότε το πλάσμα αναφλέγεται: Αυτό σημαίνει ότι η θερμότητα από τις αντιδράσεις θα είναι αρκετή για να διατηρήσει το πλάσμα στην κατάλληλη θερμοκρασία και η αντίδραση είναι αυτοτροφοδοτούμενη. Το προϊόν της θερμοκρασίας, της πυκνότητας και του χρόνου συγκράτησης είναι γνωστό ως το τριπλό προϊόν και είναι μια κοινή μονάδα μέτρησης για την απόδοση των αντιδραστήρων σύντηξης.

Επειδή περισσότερα πρωτόνια σημαίνουν περισσότερη ηλεκτροστατική απώθηση, όσο μεγαλύτερος είναι ο πυρήνας, τόσο πιο δύσκολο γίνεται να ενωθεί και τόσο υψηλότερο γίνεται το Κριτήριο Λώσον (αν και οι πραγματικές αλληλεπιδράσεις είναι ακόμα πιο περίπλοκες). Οι περισσότεροι προτεινόμενοι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν, λοιπόν, ελαφρά στοιχεία με λιγοστά πρωτόνια ως καύσιμο. Ένας συνδυασμός συγκεκριμένα - η σύντηξη δευτέριου με τρίτιο (ισότοπο του υδρογόνου με δύο παραπάνω νετρόνια) - είναι σημαντικά ευκολότερη από οποιαδήποτε άλλη και αυτή είναι που τροφοδοτεί τους περισσότερους προτεινόμενους αντιδραστήρες.

Η πρόκληση στη σύντηξη αφορά το ότι έιναι πολύ δύσκολο να κρατήσεις το καύσιμο σε υψηλή θερμοκρασία και πυκνότητα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το πλάσμα που ακουμπά τα τοιχώματα θα ψυχθεί κάτω από την απαραίτητη θεμοκρασία και θα λιώσει το δοχείο, αφού η θερμοκρασία που χρειάζεται για τη σύντηξη είναι πάνω από το σημείο τήξης οποιουδήποτε γνωστού υλικού. Πως θα κρατήσουμε το πλάσμα περιορισμένο αρκετά ώστε να πετύχουμε τη σύντηξη;

Υπάρχουν γενικά τρεις πιθανές στρατηγικές. Η πρώτη είναι η χρήση της βαρύτητας: Στιβάζουμε αρκετό καύσιμο και θα είναι αρκετά βαρύ για να περιορίσει τον εαυτό του. Η βαρυτική δύναμη θα κρατήσει το πλάσμα σε μορφή σφαίρας επιτρέποντας τη σύντηξη. Η βαρύτητα είναι που κρατάει το πλάσμα εντός του ηλίου. Όμως αυτό απαιτεί τεράστιες ποσότητες μάζας για να πετύχει: Η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής δύναμη για να περιορίσει το πλάσμα σε οτιδήποτε μικρότερο ενός άστρου. Δεν είναι κάτι που μπορεί να πετύχει στη Γη.

Η δεύτερη επιλογή είναι να ασκήσουμε δύναμη (όπως από μια έκρηξη) για να συμπιέσουμε το καύσιμο ώστε να επιτραπεί η σύντηξη. Τα όποια σωματίδια προσπαθήσουν να δραπετεύσουν θα εμποδιστούν από άλλα σωματίδια που συμπιέζονται προς τα μέσα. Αυτή είναι γνωστή ως συγκράτηση αδράνειας και είναι η μέθοδος που χρησιμοποιούν οι βόμβες υδρογόνου, όπως και οι μέθοδοι σύντηξης με λέιζερ.

Τελευταία μέθοδος είναι η χρήση ενός μαγνητικού πεδίου. Επειδή τα επιμέρους σωματίδια στο πλάσμα (θετικοί πυρήνες και αρνητικά ηλεκτρόνια) φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, η κίνησή τους μπορεί να ελεγχθεί παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου. Ένα πεδίο στο κατάλληλο σχήμα μπορεί να δημιουργήσει ένα δοχείο που θα συγκρατήσει το πλάσμα αρκετά ώστε να προκύψει σύντηξη. Αυτή η μέθοδος είναι γνωστή ως σύντηξη μαγνητικής συγκράτησης και είναι η στρατηγική των περισσότερων προσπαθειών.

Η σπίθα της σύντηξης

Από την ανακάλυψη της σύντηξης, οι άνθρωποι άρχισαν να εξετάζουν τρόπους να τη χρησιμοποιήσουν ως πηγή ενέργειας. Η πρώτη αντίδραση σύντηξης παρήχθηκε σε εργαστήριο το 1933 με χρήση ενός επιταχυντή σωματιδίων και πυρήνων δευτερίου, αν και συνέτηξε ένα μικροσκοπικό αριθμό τους (1 στα 100 εκατομμύρια). Ο πειραματιστής Έρνεστ Ράδερφορντ έκρινε ότι "όποιος περιμένει πηγή ενέργειας από τη μεταμόρφωση αυτών των ατόμων είναι τρελός".

Όμως, έξι χρόνια αργότερα ο φυσικός της Οξφόρδης, Πίτερ Θόνμαν, δημιούργησε ένα σχέδιο αντιδραστήρα σύντηξης και το 1947 ξεκίνησε να κάνει πειράματα δημιουργώντας υπερθερμικό πλάσμα μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Περίπου την ίδια στιγμή, ο Βρετανός φυσικός Γ. Π. Τόμσον είχε αντίστοιχες ιδέες για αντιδραστήρα και το 1947 δύο διδακτορικοί φοιτητές, ο Σταν Κούζιντς και ο Άλαν Ουέρ, έφτιαξαν τη δική τους συσκευή για να μελετήσουν τη σύντηξη σε πλάσμα με βάση το έργο του Τόμσον.

Αυτό το πρώιμο έργο της Βρετανίας ενδεχομένως μεταφέρθηκε στους Σοβιετικούς μέσω των κατασκόπων Κλάους Φουχς και Μπρούνο Ποντεκόρβο και στις αρχές του 1950 οι Σοβιετικοί είχαν το δικό τους πρόγραμμα σύντηξης.

Στις ΗΠΑ το ενδιαφέρον για τη σύντηξη ενισχύθηκε από μια ανακοίνωση του Αργεντινού δικτάτορα Ζουάν Περόν, ότι η χώρα του κατόρθωσε την πυρηνική σύντηξη το 1951. Αυτό αποδείχτηκε σύντομα εσφαλμένο και μέσα σε μερικούς μήνες ο φυσικός πίσω από το έργο, Ρόναλντ Ρίχτερ, φυλακίστηκε επειδή παρέσυρε τον πρόεδρο. Πάντως, προκάλεσε το ενδιαφέρον των Αμερικανών φυσικών για πιθανές προσεγγίσεις προς ένα τέτοιο αντιδραστήρα. Ο Λίμαν Σπίτσερ, φυσικός που εργάστηκε στη βόμβα υδρογόνου, ασχολήθηκε και μέσα σε μερικούς μήνες εξασφάλισε την έγκριση της Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας για να εργαστεί στο Πρίνστον στα πλαίσια ενός οπλικού προγράμματος που τελικά ονομάστηκε Σχέδιο Σέργουντ. Ακόμη δύο προγράμματα σύντηξης προστέθηκαν στο Σέργουντ την επόμενη χρονιά, στο Λος Άλαμος (υπό τον Τζέιμς Τακ) και στο Λώρενς Λάιβμορ (υπό τον Ρίτσαρντ Ποστ).

Οι πρώιμες απόπειρες χρησιμοποιούσαν μαγνητικά πεδία για συγκράτηση του πλάσματος, όμως το έκαναν με διαφορετικούς τρόπους. Στη Βρετανία οι προσπάθειες επικεντρώθηκαν στη χρήση μιας "ηλεκτρομαγνητικής τσιμπήδας". Διατρέχοντας ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στο πλάσμα, μπορούσε να δημιουργηθεί ένα κάθετο μαγνητικό πεδίο συμπιέζοντάς το. Μέσω ενός αρκετά ισχυρού ρεύματος, το πεδίο θα συγκρατούσε το πλάσμα αρκετά σφιχτά ώστε να υπάρξει σύντηξη. Τα σχέδια αντιδραστήρα του Τόμσον και του Τόνεμαν χρησιμοποιούσαν αυτή την προσέγγιση.

Τις "τσιμπήδες" ακολουθήθηκαν και στις ΗΠΑ. Ο Τζέιμς Τακ γνώριζε το έργο των Βρετανών και κατασκεύασε τη δική του συσκευή. Ήταν σκεπτικός για το αν θα μπορούσε να πετύχει σύντηξη και έτσι την ονόμασε "Ίσως-τρον". Όμως, άλλοι ερευνητές προσπάθησαν διαφορετικές ιδέες. Η ιδέα του Σπίτσερ ήταν να τοποθετήσει μαγνήτες γύρω από ένα κύλινδρο, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο που θα περιόριζε το πλάσμα στο εσωτερικό του. Για να αποφύγει τη διαρροή σωματιδίων στα άκρα, ο Σπίτσερ αρχικά σκόπευε να τα ενώσει σε ένα σχήμα λουκουμά, όμως σε αυτή τη διάταξη οι μαγνήτες θα ήταν πιο κοντά μεταξύ τους στο εσωτερικό από ότι στο εξωτερικό, με αποτέλεσμα διαφορετική ισχύ και μετακίνηση σωματιδίων. Για να διορθώσει το πρόβλημα, ο Σπίτσερ έδωσε στη συσκευή σχήμα "8" ώστε να αποφευθχεί το παραπάνω φαινόμενο. Ο ίδιος αποκάλεσε το μηχάνημα "ηλιάτορα".

Η ιδέα του Ρίτσαρντ Ποστ στο Λάιβμορ επίσης ξεκίνησε ως κύλινδρος με μαγνήτες γύρω του. Όμως, αντί να τυλίξει τον κύλινδρο, τον άφησε ευθύ. Προκειμένου να μη διαρρεύσει το πλάσμα, δημιουργήθηκε ένα ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο στα άκρα που ήλπιζε ότι θα αντανακλούσε όσα σωματίδια επιχειρούσαν να διαφγύγουν. Αυτό έγινε γνωστό ως η μαγνητική συσκευή-καθρέφτης.

Στη Σοβιετική Ένωση, την έρευνα στη σύντηξη ανέλαβαν επιστήμονες της βόμβας υδρογόνου, όπως ο Ιγκόρ Ταμ και ο Αντρέι Σαχάρωφ. Η σοβετική ιδέα συνδύαζε τον "ηλιάτορα" του Σπίτσερ με τις βρετανικές μηχανές. Το πλάσμα θα δημιουργείτο σε ένα σχήμα λουκουμά και θα συγκρατείτο από εξωτερικά μαγνητικά πεδία και ένα αυτοπαραγόμενο μαγνητικό πεδίο μέσω του ρεύματος που θα διαπερνούσε το πλάσμα. Οι σοβιετικοί αποκαλούσαν αυτό το μηχάνημα "τόκαμακ" ή σπειροειδή μαγνητικό θάλαμο.

Η σύντηξη αποδεικνύεται δύσκολη

Αρχικά υπήρχε η ελπίδα ότι η σύντηξη θα ήταν ένα σχετικά εύκολο πρόβλημα. Στο κάτω-κάτω τους είχε πάρει μόλις τέσσερα χρόνια από την ανακάλυψη της σχάσης μέχρι τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα και λιγότερο από τρία χρόνια για τη βόμβα υδρογόνου. Το σχέδιο του Σπίτσερ καλούσε για ένα μικρό "Model A" σχεδιασμένο να θερμαίνει το πλάσμα στους 1 εκατ. βαθμούς και να καθορίσει αν θα μπορούσε να δημιουργηθεί και να περιοριστεί. Αν ήταν επιχυχής, θα ακολουθούσε ένα μεγαλύτερο Model B και έπειτα ένα ακόμη μεγαλύτερο Model C για να φτάσει θερμοκρασίες 100 εκατ. βαθμών και να γίνει επί της ουσίας ο πρωτότυπος αντιδραστήρας. Μέσα σε τέσσερα χρόνια θα γνώριζαν αν ήταν εφικτή η ελεγχόμενη σύντηξη. Σε μια τέτοια περίπτωση, ο Model C θα λειτουργούσε εντός μιας δεκαετίας.

Όμως η σύντηξη αποδείχτηκε ένα πολύ πιο δύσκολο πρόβλημα από ότι αναμενόταν. Ο χώρος της φυσικής πλάσματος ήταν τόσο νέος που η ίδια η λέξη δεν είχε κοινή χρήση στις φυσικές επιστήμες (συχνά στους φυσικούς παραδίδονταν μελέτες από ιατρικά περιδικά) και η συμπεριφορά του πλάσματος δεν ήταν καθόλου κατανοητή.

Το αρχικό έργο του Σπίτσερ και άλλων υπέθετε ότι μπορούσαν να μεταχειριστούν το πλάσμα ως μια συλλογή ανεξάρτητων σωματιδίων, όμως όταν ξεκίνησαν τα πειράματα για το Model A έγινε σαφές ότι ήταν λάθος. Το Model A μπορούσε να παράγει πλάσμα, αλλά έφτασε μόλις τη μισή επιδιωκόμενη θερμοκρασία και το πλάσμα διαλυόταν πολύ πιο γρήγορα από τις προβλέψεις.

Το μεγαλύτερο Model B κατάφερε να φτάσει τους 1 εκατ. βαθμούς, αλλά το πρόβλημα της διάλυσης παρέμεινε. Η θεωρία προέβλεπε ότι τα σωματίδια θα έρρεαν κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου ομαλά, όμως στην πράξη το πλάσμα ήταν μια χαοτική μετβλητή μάζα με ανισορροπίες και αναταράξεις, όπως το νερό που περνάει γύρω από ένα πλοίο, σύμφωνα με τον Σπίτσερ. Τα αντίστοιχα πλάσματα στον Ίσως-τρον ανέπτυξαν παρόμοιες ανισορροπίες.

Οι ερευνητές συνέχισαν, εν μέρει λόγω της ανησυχίας ότι οι Σοβιετικοί μπορεί να σημείωναν πρόοδο με τους δικούς τους αντιδραστήρες. Κατασκευάστηκαν μεγαλύτερες δοκιμαστικές μηχανές και νέες θεωρίες μαγνητουδροδυναμικής (η δυναμική των αγώγιμων υγρών) αναπτύχθηκαν για να προβλέψουν και να ελέγξουν τη συμπεριφορά του πλάσματος.

Η χρηματοδότηση για τη σύντηξη στις ΗΠΑ αυξήθηκε από 1,1 εκατ. το 1953 σε σχεδόν 30 εκατ. το 1958, όμως η πρόοδος παρέμεινε αργή. Οι ατέλειες στα δοχεία των αντιδραστήρων επηρέαζαν τις αντιδράσεις και αποδείχτηκεν δύσκολες στην αντιμετώπιση. Τα πλάσματα συνέχισαν να έχουν σοβαρές ανισορροπίες και υψηλότερα επίπεδα διαφυγής σωματιδίων που οι υφιστάμενες θεωρίες απέτυχαν να προβλέψουν, παρεμποδίζοντας τους αντιδραστήρες από το να πετύχουν τις πυκνότητες και τους χρόνους περιορισμού που απαιτούνταν. Περιπτώσεις φαινομενικά εντυπωσιακής προόδου σύντομα αποδεικνύονταν φρούδες, εν μέρει διότι ακόμα και η μέτρηση των όσων συνέβαιναν μέσα σε ένα αντιδραστήρα ήταν δύσκολη. Οι Βρετανοί ανακοίνωσαν ότι πέτυχαν σύντηξη στη μηχανή ΖΕΤΑ το 1957 και ανακάλεσαν τη δήλωση μετά από μερικούς μήνες. Αυτό που θεωρούσαν ως θερμοκρασίες σύντηξης στο πλάσμα ήταν απλά μερικά σωματίδια που κατάφεραν να τις φτάσουν. 

Αντίστοιχα φαινόμενα είχαν προκαλέσει προσωρινή αισιοδοξία στις αμερικανικές μηχανές-τσιμπήδες. Όταν οι ΗΠΑ, η Βρετανία και η Σοβιετική Ένωση αποχαρακτήρισαν την έρευνά τους το 1958, έγινε σαφές ότι κανείς δεν είχε την πρωτοπορία - κανένας δεν κατάφερε να ξεπεράσει το πρόβλημα της αστάθειας του πλάσματος και να πετύχει σύντηξη σε αντιδραστήρα.

Ως αντίδραση σε αυτές τις αποτυχίες, οι ερευνητές άλλαξαν στρατηγική. Είχαν προτρέξει της φυσικής ελπίζοντας να κατασκευάσουν έναν επιτυχημένο αντιδραστήρα μέσα από τον πειραματισμό και τον εμπειρισμό, και πλέον επέστρεψαν για να δομήσουν μια φυσική θεωρία ώστε να καταλάβουν τη συμπεριφορά του πλάσματος. Όμως, η επιτυχία παρέμενε απατηλή. Οι ερευνητές συνέχισαν να ανακαλύπτουν νέους τύπους αστάθειας πλάσματος και αγωνίστηκαν να προβλέψουν τη συμπεριφορά και να εμποδίσουν τη διαφυγή του από τη μαγνητική συγκράτηση.

Δυσοίωνα, όσο πιο πολύ θερμαινόταν, τόσο ταχύτερα έδειχνε να δραπετεύει. Ήταν ένα κακό σημάδι για έναν αντιδραστήρα που χρειαζόταν να φτάσει εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμούς. Οι θεωρίες που προέβλεπαν επιτυχώς τις αστάθειες, όπως η περιορισμένη αντιστασιμότητα, δεν βοηθούσαν όταν έπρεπε να τις διορθώσουν. "Οι άνθρωποι προϋπολόγιζαν αυτές τις υπέροχες μηχανές και όταν τις άναβαν δεν άξιζαν τίποτα", σημείωσε ο αξιόλογος φυσικός πλάσματος, Χάρολντ Φουρθ. Στα μέσα του 1960 δεν ήταν ακόμη σαφές αν ένα πλάσμα μπορούσε να περιοριστεί αρκετά για να παράγει χρήσιμες ποσότητες ενέργειας.

Όμως, στο δεύτερο μισό της δεκαετίας ήρθε μια τομή. Οι περισσότεροι ερευνητές είχαν εξετάσει αρχικά τον σοβιετικό Τόκαμακ που απαιτούσε τεράστιους μαγνήτες και ένα μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στο πλάσμα, και τον θεωρούσαν μια περίπλοκη και βαριά συσκευή που δεν θεωρείτο ικανό να οδηγήσει σε έναν επιτυχημένο αντιδραστήρα. Κατά τη διάρκεια της πρώτης δεκαετίας, καμία χώρα πέραν της Σοβιετικής Ένωσης δεν ακολουθούσε σχέδια Τόκαμακ.

Όμως, οι Σοβιετικοί συνέχισαν να εργάζονται στους τόκαμακ και στα τέλη του 1960 πέτυχαν εντυπωσιακά αποτελέσματα. Το 1968 ανακοίνωσαν ότι στους Τ-3 και ΤΜ-3 είχαν πετύχει θεμροκρασίες 10 εκατ. βαθμών και χρόνους συγκράτησης έως 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Παρόλο που οι αριθμοί ήταν πολύ κάτω από τις απαραίτητες συνθήκες, εκπροσωπούσαν σημαντική πρόοδο: Ο προβληματικός Model C είχε καταφέρει μονάχα 1 εκατ. βαθμούς και ένα χιλιοστό. Οι Σοβιετικοί ανακοίνωσαν επίσης σχέδια για ακόμη μεγαλύτερους τόκαμακ που θα συγκρατούσαν το πλάσμα για ένα δέκατο του δευτερολέπτου, αρκετά για να δείξουν ότι η ελεγχόμενη σύντηξη ήταν εφικτή.

Έξω από τη Σοβιετική Ένωση, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι επρόκειτο για ακόμη μια περίπτωση αδέσποτων σωματιδίων και λανθασμένων μετρήσεων. Οι σοβιετικές συσκευές μέτρησης ήταν, άλλωστε, διαβόητες για την ανακρίβειά τους. Προκειμένου να επιβεβαιώσουν τα αποτελέσματα, οι Σοβιετικοί κάλεσαν Βρετανούς επιστήμονες που πρόσφατα είχαν αναπτύξει ένα θερμόμετρο υψηλής θερμοκρασίας με βάση λέιζερ που θα επέτρεπε τη μέτρηση στο εσωτερικό του αντιδραστήρα με άνευ προηγουμένου ακρίβεια.

Οι Βρετανοί συμφώνησαν και το 1969 επιβεβαιώθηκαν τα αποτελέσματα. Μετά από μια δεκαετία περιορισμένης προόδου, το μέλλον της σύντηξης έμοιαζε ξαφνικά λαμπρό. Όχι μόνο ένα σχέδιο αντιδραστήρα παρείχε πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα, αλλά η νέα βρετανική τεχνολογία μέτρησης θα επέτρεπε περαιτέρω πρόοδο παρέχοντας πιο ακριβείς πληροφορίες για τις θερμοκρασίες.

Ο αγώνας για τους τόκαμακ

Αντιδρώντας στην καινοτομία των τόκαμακ, χώρες ανά τον κόσμο άρχισαν σύντομα να φτιάχνουν τους δικούς τους. Στις ΗΠΑ ο Model C τουη Σπίτσερ διαλύθηκε και μετατράπηκε σε τόκαμακ το 1970 και ένας δεύτερος τόκαμακ στο Πρίνστον, ο ATC, κατασκευάστηκε το 1972. Το ΜΙΤ, το Oak Ridge και η General Atomics κατασκεύασαν τους δικούς τους. Ανά την υφήλιο κατασκευάστηκαν τόκαμακ στη Βρετανία, τη Γαλλία, τη Γερμανία, την Ιταλία και την Ιαπωνία. Το 1972 υπήρχαν 17 τόκαμακ υπό κατασκευή εκτός της Σοβιετικής Ένωσης.

Η καινοτομία των τόκαμακ δεν ήταν το μόνο πράγμα που οδηγούσε τις ενισχυμένες προσπάθειες για σύντηξη εκείνη τη δεκαετία. Χάρη στο περιβαλλοντικό κίνημα, οι άνθρωποι ήταν πιο ενήμεροι για τη ζημιά των ορυκτών καυσίμων και σκεπτικοί για την εναλλακτική των αντιδραστήρων σχάσης. Η διαθεσιμότητα ενέργειας ήταν ήδη κρίσιμο θέμα λόγω της κρίσης που προκάλεσε το 1973 το εμπάργκο του ΟΠΕΚ. Η υπόσχεση της σύντηξης για καθαρή και άφθονη ενέργεια έμοιαζε όλο και πιο ελκυστική. Το 1967 ο προϋπολογισμός των ΗΠΑ ήταν ούτε 24 εκατ. δολάρια και δέκα χρόνια αργότερα εκτοξεύτηκε στα 316 εκατ.

Η έκρηξη ενθουσιασμού για τόκαμακ συνοδεύτηκε από μια ακόμη στροφή μακριά από τη θεωρία και προς μια προσέγγιση μηχανολογική σε στυλ "φτιάξτο και θα δεις τι μπορείς να μάθεις". Κανείς δεν ήξερε γιατί οι τόκαμακ μπορούσαν να πετύχουν τόσο εντυπωσιακά αποτελέσματα. Οι Σοβιετικοί δεν προόδευσαν αναπτύσσοντας μια λεπτομερή θεωρία, αλλά ακολούθησαν ότι λειτουργούσε καλύτερα δίχως να καταλαβαίνουν το γιατί.

Αντί να εστιάσει σε ένα λεπτομερές μοντέλο της υποκείμενης συμπεριφοράς του πλάσματος, η πρόδοος άρχισε να παίρνει τη μορφή της εφαρμογής "νόμων κλιμάκωσης", δηλαδή εμπειρικές σχέσεις ανάμεσα στο μέγεθος και σχήμα του τόκαμακ και διαφόρων μέτρων απόδοσης. Οι μεγαλύτεροι τόκαμακ λειτουργούσαν καλύτερα: Όσο μεγαλύτερος, τόσο μεγαλύτερο το νέφος πλάσματος και τόσο περισσότερο χρειαζόταν ένα σωματίδιο μέσα στο νέφος να διαφύγει. Διπλάσια ακτίνα του τόκαμακ αύξανε τέσσερις φορές το χρόνο συγκράτησης. Με τόσο πολλούς τόκαμακ διαφορετικών διατάξεων υπό κατασκευή, μπορούσαν να εξερευνηθούν βαθιά αυτοί οι νόμοι κλιμάκωσης: Πως διέφεραν με το σχήμα, την ισχύ του μαγνητικού πεδίου ή όποια άλλη μεταβλητή.

Στις ΗΠΑ, η στροφή προς την πρακτικότητα ήρθε με τον διορισμό του Μπομπ Χιρς ως διευθυντή σύντηξης στην Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας το 1972. Ο Χιρς δήλωσε ότι "ήρθα στο πρόγραμμα με τη στάση να φτιάξω έναν αντιδραστήρα σύντηξης... Δεν ήθελα να μελετήσω τη φυσική του πλάσματος ως αυτοσκοπό". Ο Χιρς πίστευε ότι οι Αμερικανοί ερευνητές ήταν υπερβολικά άτολμοι. Απασχολούνταν με τη θεωρία αντί να κάνουν πρόοδο προς πραγματικούς αντιδραστήρες και αυτή η πρόοδος εν τέλει απαιτούσε νέες, μεγαλύτερες μηχανές προτού η θεωρία αποσαφηνιστέι.

Οι προσπάθειες έπρεπε να επικεντρωθούν στα πιο υποσχόμενα σχέδια και οι έρευνες εστίασαν στα ζητήματα της ίδιας της ηλεκτροπαραγωγής. Για παράδειγμα, ο Χιρς στήριζε τα πειράματα με πραγματικό δευτέριο και τρίτιο αντί για απλό υδρογόνο. Παρόλο που το υδρογόνο ήταν πολύ πιο εύκολο και οικονομικό, δεν μπορούσε να αναπαραστήσει τις συνθήκες ενός αντιδραστήρα. Ο Χιρς ακύρωσε αρκετά ερευνητικά σχέδια που δεν σημείωναν πρόοδο και προετοίμασε το έδαφος για έναν πολύ μεγάλο τόκαμακ στο Πρίνστον, ονόματι Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR), που ήταν σχεδιασμένος να πετύχει το σημείο ισορροπίας: Να λάβει περισσότερη ενέργεια από το πλάσμα από ότι το τροφοδοτούσαν. Ο Χιρς επίσης χρηματοδότησε ένα μεγαλύτερο πείραμα με μηχανή-καθρέφτη έχοντας τον ίδιο στόχο, ελπίζοντας ότι μια από τις δύο θα πετύχαινε την ισορροπία εντός δέκα ετών.

Και οι ΗΠΑ δεν ήταν η μόνη χώρα που αγωνιζόταν για την ισορροπία. Η Ιαπωνία είχε απαντήσει στη σοβιετική ανακοίνωση κατασκευάζοντας το δικό της τόκαμακ, JFT-2, και από εκεί κινήθηκε προς ένα ακόμη μεγαλύτερο, το JT-60. Αυτό ήταν πιο μεγάλο από το TFTR και σχεδιάστηκε για να πετύχει την "ισοδύναμη ισορροπία" (όχι πραγματική διότι δεν ήταν φτιαγμένο να χρησιμοποιεί ραδιενεργό καύσιμο τριτίου).

Και οι Ευρωπαίοι ενώθηκαν για να φτιάξουν το τεράστιο Joint European Torus (JET) τόκαμακ, επίσης σχεδιασμένο για να πετύχει ισορροπία. Σε αντίθεση, οι Σοβιετικοί εγκατέλειψαν τον αγώνα για τη σύντηξη. Ο T-10 που ακολούθησε τον Τ-3 ήταν λιγότερο ικανός από αντίστοιχα μηχανήματα αλλού στον κόσμο και η μηχανή που σχεδίαζαν για να πετύχουν ισορροπία, η Τ-20, δεν υλοποιήθηκε ποτέ.

Ο TFTR παρήγαγε πλάσμα για πρώτη φορά το 1982 και ακολούθησε έξι μήνες αργότερα ο JET. Ο JT-60 ξεκίνησε λίγα χρόνια αργότερα, το 1985. Πέρα από αυτές τις μεγάλες μηχανές, κατασκευάζονταν πολυάριθμοι μικροί αντιδραστήρες. Στις αρχές του 1980 υπήρχαν σχεδόν 300 άλλες συσκευές σύντηξης ανά τον κόσμο, ανάμεσά τους 70 τόκαμακ, ενώ η ετήσια χρηματοδότηση διεθνώς έφτανε σχεδόν το 1,3 δισ. δολάρια.

Οι ερευνητικές αυτές προσπάθειες απέφεραν καρπούς. Το 1982 ερευνητές της Δυτικής Γερμανίας πέτυχαν τις συνθήκες για τη δημιουργία πλάσματος με καλύτερη πυκνόητητα και ιδιότητες συγκράτησης, που τις ονόμασαν "υψηλός τρόπος" ή H-mode. Το 1983 οι ερευνητές του ΜΙΤ πέτυχαν επαρκή πυκνότητα και χρόνο συγκράτησης (αν και όχι τη θερμοκρασία) για να πετύχουν την ισορροπία στον μικρό τόκαμακ Alcator-C.

Το 1986 επιστήμονες στον TFTR κατά λάθος διπλασίασαν το χρόνο συγκράτησης μετά από μια ιδιαίτερα επιμελή διαδικασία καθαρισμού του δοχείου αντιδραστήρα και σύντομα κι άλλοι τόκαμακ παρήγαγαν αυτές τις "υπερ-βολές". Ο TFTR εν τέλει μπόρεσε να πετύχει την πυκνότητα, θερμοκρασία και συγκράτηση για σύντηξη, αλλά όχι ταυτόχρονα.

Εντούτοις, αυτή η πρόοδος κερδήθηκε με κόπο και ήρθε απελπιστικά αργά. Ούτε ο TFTR, ούτε ο JET, ούτε ο JT-60 δεν μπόρεσαν να πετύχουν την ισορροπία στη δεκαετία του 1980. Η συμπεριφορά του πλάσματος εξακολουθούσε να προκαλεί σύγχυση, όπως και η επιτυχία ορισμένων διατάξεων στον αντιδραστήρα. Είχαν γίνει βήματα στο να προσδιοριστούν οι παράμετροι που φαινόταν ότι παρήγαγαν καλά αποτελέσματα, όμως υπήρξε αργή πρόοδος στο γιατί το έκαναν.

Σε ένα συνέδριο για τη σύντηξη το 1984, ο φυσικός Χάρολντ Φουρθ σημείωσε ότι παρά τις προόδους, τα τόκαμακ δεν ήταν ακόμα κατανοητά, ούτε η φυσική πίσω από το H-mode. Για παράδειγμα, ο JT-60 δεν μπόρεσε να μπει σε H-mode για περίπλοκους λόγους και εν τέλει ανακατασκευάστηκε σε JT-60U για να το κάνει.

Παρά τις δεκαετίες ερευνών, το 1980 έμοιαζε ακόμα πολύ μακριά ένας λειτουργικός και πρακτικός αντιδραστήρας σύντηξης. Το 1985, ο Μπομπ Χιρς, ο άνθρωπος που ώθησε τις ΗΠΑ στην έρευνα για τα τόκαμακ, δήλωσε ότι ήταν ένας μη πρακτικός σχεδιασμός και ότι χρόνια έρευνας δεν αντιμετώπισαν τα "μοιραία ελαττώματα" της περίπλοκης γεωμετρίας του.

Οι κυβερνήσεις δαπανούσαν εκατοντάδες εκατομμύρια για την έρευνα της σύντηξης με λιγοστά αποτελέσματα. Και ενώ μια νέα πηγή ενέργειας ήταν επείγουσα προτεραιότητα στα 1970, το ίδιο δεν ίσχυει στα 1980. Μεταξύ του 1981 και του 1986 οι τιμές του πετρελαίου έπεσαν σχεδόν κατά 70% σε πραγματικούς όρους. Οι προϋπολογισμοί της σύντηξης είχαν αυξηθεί ιδιαίτερα την προηγούμενη δεκαετία και τώρα έπρεπε να περικοπούν.

Στις ΗΠΑ το Κογκρέσο πέρασε τη νομοθεσία Μηχανικής Μαγνητικής Σύντηξης το 1980, που καλούσε για έναν πιλοτικό αντιδραστήρα ως το έτος 2000, όμως οι πόροι που εξουσιοδοτούσε δεν δόθηκαν ποτέ. Η νέα κυβέρνηση Ρίγκαν ένιωθε ότι η κυβέρνηση έπρεπε να ασχολείται με τη βασική έρευνα, όχι με το σχεδιασμό και την κατασκευή νέας τεχνολογίας αντιδραστήρων που μπορούσε να υπηρετήσει καλύτερα ο ιδιωτικός τομέας. Η χρηματοδότηση στις ΗΠΑ κορυφώθηκε το 1984 με 468,5 εκατ. δολάρια και έπειτα υποχώρησε αργά και σταθερά.

Το ένα μετά το άλλο, τα αμερικανικά προγράμματα σύντηξης απομειώθηκαν ή ακυρώθηκαν. Το πρώτο που έφυγε ήταν ένα μεγάλο μηχάνημα-καθρέφτης στο Λάιβμορ, το Mirror Fusion Test Facility. Αποσύρθηκε προσωρινά μια μέρα μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του και έπειτα ακυρώθηκε εντελώς το 1986 δίχως να κάνει ούτε ένα πείραμα.

Άλλες μικρές προσπάθειες επίσης περικόπησαν. Το Compact Ignition Tokamak (CIT), ο διάδοχος του TFTR, που σκόπευε να πετύχει ανάφλεξη του πλάσματος, ακυρώθηκε το 1990. Μια εναλλακτική του CIT, ο μικρότερος και φθηνότερος Burning Plasma Experiment ή BPX, ακυρώθηκε το 1991. Οι ερευνητές απάντησαν προτείνοντας έναν ακόμα μικρότερο αντιδραστήρα, τον Tokamak Physics Experiment ή TPX, όμως μπήκε και αυτός στο ντουλάπι όταν ο προϋπολογισμός μειώθηκε κατά 100 εκατ. δολάρια το 1996. Οι περικοπές του 1996 ήταν τόσο αυστηρές που και ο ίδιος ο TFTR έκλεισε μετά από 15 χρόνια λειτουργίας.

Παρά τις δυσκολίες, συνεχίστηκε η πρόοδος στη σύντηξη. Το 1991 ερευνητές της General Atomics ανακάλυψαν μια ακόμα υψηλότερη μορφή συγκράτησης του πλάσματος από το H-mode, την οποία ονόμασαν VH-mode. Το 1992 οι ερευνητές του JET πέτυχαν την επιστημονική ισορροπία με "Q" της τάξης του 1,14 (ο λόγος της ενέργειας που βγαίνει προς αυτή που μπαίνει). Σύντομα ακολούθησε ο ιαπωνικός JT-60U με Q 1,2. Το 1994 ο TFTR έσπασε νέο ρεκόρ παράγωντας 10 μεγαβάτ για μικρή χρονική περίοδο, αν και με το Q μόλις στο 0,3. Η θεωρητική κατανόηση της συμπεριφοράς του πλάσματος επίσης προχώρησε και οι ανισορροπίες του άρχισαν να γίνονται ολοένα και πιο κατανοητές και προβλέψιμες.

Εντούτοις, δίχως νέες εγκαταστάσεις σύντηξης για να ωθήσουν τα όρια του τι μπορούσε να επιτευχθεί με έναν αντιδραστήρα, αυτή η πρόοδος δεν θα συνεχιζόταν για πολύ. Ιδίως μετά τους TFTR, JET και JT-60, χρειαζόταν μια μηχανή αρκετά μεγάλη και ισχυρή για να δημιουργήσει καυτό πλάσμα, στο οποίο πάνω από το 50% της θέρμανσης παράγεται από σύντηξη.

Το 1976 μετά την έναρξη κατασκευής του TFTR, οι Αμερικανοί ανέλυσαν διάφορα πιθανά προγράμματα έρευνας, τις μηχανές και τα πειράματα που θα χρειάζονταν και τις ημερομηνίες για να πετύχουν έναν πιλοτικό αντιδραστήρα. Τον TFTR θα ακολουθούσε ένας αντιδραστήρας για δοκιμή ανάφλεξης αρκετά μεγάλος για καυτό πλάσμα. Έπειτα ένας πειραματικός αντιδραστήρας ηλεκτροπαραγωγής και εν τέλει ένας πιλοτικός εμπορικός αντιδραστήρας.

Όσο περισσότερη χρηματοδότηση ερχόταν, τόσο πιο σύντομα θα επιτύγχαναν αυτούς τους στόχους. Το πιο επιθετικό χρονοδιάγραμμα, Logic V, έθετε στόχο για πιλοτικό αντιδραστήρα το 1990, ενώ το λιγότερο επιθετικό Logic II για το 2005. Επίσης, υπήρχε ένα σχέδιο που απλά συνέχιζε τα τότε επίπεδα χρηματοδότησης, προωθώντας βασικά προγράμματα έρευνας δίχως συγκεκριμένο πλάνο για τους αντιδραστήρες. Ήταν γνωστό ως "σύντηξη ποτέ".

Μετά την κορύφωση της δεκαετίας του 1980, η αμερικανική χρηματοδότηση ήταν συνεχώς μικρότερη από το επίπεδο "συντήξης ποτέ" και κανένας διάδοχος του TFTR που χρειαζόταν δεν κατασκευάστηκε. Μέχρι σήμερα, κανένας αντιδραστήρας μαγνητικής συγκράτησης δεν πέτυχε ούτε ανάφλεξη, ούτε καυτό πλάσμα.

NIF και ITER

Εν μέσω των ερειπίων των αμερικανικών προγραμμάτων, η πρόοδος συνεχίστηκε σε δύο μέτωπα. Το πρώτο ήταν ο ITER, ή Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας. Είναι ένας δοκιμαστικός αντιδραστήρας στη νότια Γαλλία, στα πλαίσια διεθνούς συνεργασίας ανάμεσα σε 20 χώρες. Όταν ολοκληρωθεί, θα είναι ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας μαγνητικής συγκράτησης στον κόσμο, αρκετά μεγάλος για να πετύχει καυτό πλάσμα. Ο ITER είναι σχεδιασμένος για να πετύχει Q της τάξης του 10, το υψηλότερο μέχρι στιγμής (σήμερα το ρεκόρ είναι 1,5), αν και δεν αναμένεται να επιτύχει ανάφλεξη.

Ο ITER ξεκίνησε το 1979 ως INTOR, ή Διεθνής Αντιδραστήρας Τόκαμακ, μια παγκόσμια συνεργασία ανάμεσα στην Ιαπωνία, τις ΗΠΑ, τη Σοβιετική Ένωση και την Euratom. Το πρόγραμμα INTOR είχε αποτέλεσμα αρκετές μελέτες και σχέδια αντιδραστήρων, αλλά όχι κάποιο σαφές πρόγραμμα κατασκευής. Περισσότερη πρόοδος ήρθε το 1985, μετά την ανέλιξη του Μιχαήλ Γκορμπατσώφ στην ηγεσία της ΕΣΣΔ. Ο Γκορμπατσώφ πείστηκε από τον Ευγκένι Βέλικωφ ότι μια συνεργασία στη σύντηξη θα βοηθούσε στην ύφεση των εντάσεων του Ψυχρού Πολέμου και μετά από συζητήσεις το πρόγραμμα ανασυστήθηκε ως ITER το 1986.

Ο αρχικός σχεδιασμός ολοκληρώθηκε το 1997 και ήταν μεγαλύτερος από οποιονδήποτε άλλο αντιδραστήρα. Ο ITER θα παρήγαγε 1.500 MW ισχύος, 100 φορές περισσότερα από τον JET και θα πετύχαινε και την ανάφλεξη του πλάσματος. Το έργο θα στοίχιζε 10 δισ. δολάρια και θα ολοκληρωνόταν το 2008.

Όμως, δεν εκπλήσσει ότι ένα τέτοιο διεθνές μεγαλεπήβολο σχέδιο βρήκε εμπόδια. Η Ιαπωνία ζήτησε για μια καθυστέρηση τριών ετών πριν την κατασκευή και οι ΗΠΑ αποσύρθηκαν το 1998. Φαινόταν πως ο ITER βρισκόταν στα όρια της κατάρρευσης. Εντούτοις, ο αντιδραστήρας ανασχεδιάστηκε για να είναι μικρότερος και πιο φθηνός, στοιχίζοντας 5 δισ. δολάρια με παραγωγή 500 MW και δίχως τη φιλοδοξία να πετύχει ανάφλεξη. Οι ΗΠΑ μπήκαν ξανά στο σχέδιο το 2002 και ακολούθησε η Κίνα και η Νότια Κορέα.

Η κατασκευή του ανασχεδιασμένου ITER ξεκίνησε το 2006 και αναμενόταν να ολοκληρωθεί το 2016. Από τότε, όμως, το έργο καθυστέρησε. Η ημερομηνία ολοκλήρωσης συνέχεια αναβαλλόταν και σήμερα δεν υπάρχει επίσημη πρόβλεψη. Τα "επίσημα" κόστη έχουν εκτιναχτεί σε 22 δισ. δολάρια, ενώ τα πραγματικά θεωρούνται ακόμα υψηλότερα.

Ο δεύτερος δρόμος από το 1990 και μετά αφορούσε τη σύντηξη αδρανούς συγκράτησης. Όπως είδαμε νωρίτερα, αυτή μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μιας έκρηξης ή άλλης ενεργειακής πηγής για να συμπιεστεί το πυρηνικό καύσιμο. Η αδρανής συγκράτηση τροφοδοτεί τις βόμβες υδρογόνου, αλλά η χρήση της ως πηγή ενέργειας ανάγεται στην πρόταση του Έντουαρντ Τέλερ από το 1955 για έναν πυρηνικό σταθμό. Ο Τέλερ πρότεινε να γεμίσουν ένα υπόγειο σπήλαιο με ατμό και μετά να ανατινάξουν μια βόμβα υδρογόνου στο εσωτερικό του για να ωθήσει τον ατμό μέσα από γεννήτριες.

Ο φυσικό που ανέλαβε να μελετήσει την ιδέα του Τέλερ, Τζον Νούκολς, ενδιαφερόταν για την ιδέα, αλλά έμοιαζε μη πρακτική. Τι θα γινόταν, όμως, αν αντί για μια σπηλειά χρησιμοποιούσες μια πολύ μικρότερη κοιλότητα μόλις μερικών μέτρων, και ανατίναζες μια βόμβα υδρογόνου στο εσωτερικό της; Ο Νούκολς υπολόγισε εν τέλει ότι με τον κατάλληλο τρόπο πυροδότησης της αντίδρασης, μια μικροσκοπική σταγόνα δευτερίου-τριτίου θα συμπιεζόταν σε επίπεδο 100 φορές παραπάνω από την πυκνότητα του μολύβδου και θα έφτανε θερμοκρασίες δεκάδων εκατομμυρίων βαθμών, ικανές να προκαλέσουν σύντηξη.

Αυτό φάνταζε στον Νούκολος πολύ πιο πρακτικό, όμως χρειαζόταν κάτι για να προκαλέσει την αντίδραση. Οι βόμβες υδρογόνου χρησιμοποιούν βόμβες σχάσης για αυτό το σκοπό, όμως δεν ήταν εφικτό για μικρές εκρήξεις. Εκείνη την εποχή δεν υπήρχε λύση, όμως σε μερικά χρόνια θα εμφανιζόταν με τη μορφή του λέιζερ.

Οι περισσότερες πηγές φωτός περιέχουν ένα μείγμα από μήκη κύματος που περιορίζουν πόσο σφιχτά μπορούν να εστιάσουν. Τα διάφορα μήκη εστιάζουν σε διαφορετικά σημεία και το φως απλώνεται. Όμως, τα λέιζερ παράγουν φως σε ενιαίο μήκος κύματος και έτσι εστιάζονται και παρέχουν υψηλή ποσότητα ενέργειας σε πολύ μικρή επιφάνεια. Εστιάζοντας μια σειρά από λέιζερ σε μια σταγόνα πυρηνικού καυσίμου, μια λεπτή εξωτερική στιβάδα του θα μπορούσε να εκραγεί προς τα έξω, οδηγώντας το υπόλοιπο καύσιμο σε συμπίεση και σε πυρηνική σύντηξη. Το 1961 ο Νούκολς παρουσίασε την ιδέα για ένα "θερμοπυρηνικό κινητήρα" με βάση τα λέιζερ και μια σειρά από μικρές εκρήξεις σύντηξης.

Από εκείνο το σημείο η σύντηξη με λέιζερ προχώρησε παράλληλα με τη σύντηξη μαγνητικής συγκράτησης. Η κυβέρνηση χρηματοδότησε την έρευνα και η σύντηξη με λέιζερ πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά από την ιδιωτική εταιρεία KMS Fusion το 1974. Το 1978 μια σειρά από απόρρητες πυρηνικές δοκιμές έδειξαν ότι ήταν εφικτή η ανάφλεξη με λέιζερ. Και το 1980, ενώ το Πρίνστον κατασκεύαζε τον τεράστιο TFTR Τόκαμακ, το εργαστήριο Λώρενς Λάιβμορ κατασκεύαζε το πιο ισχυρό λέιζερ του κόσμου, ονόματι Νόβα, ελπίζοντας να πετύχει ανάφλεξη (πράγμα που δεν κατέφερε).

Μέρος του ενδιαφέροντος για την σύντηξη με λέιζερ προέρχεται από τις πιθανές στρατιωτικές της εφαρμογές. Επειδή η διαδικασία προκαλεί μια μικροσκοπική πυρηνική έκρηξη, θα μπορούσε να αναπαράγει ορισμένες από τις συνθήκες στο εσωτερικό μιας βόμβας υδρογόνου, κάτι χρήσιμο για το σχεδιασμό των πυρηνικών όπλων. Αυτό προσέφερε στη σύντηξη με λέιζερ ακόμη μια βάση που διατήρησε τη χρηματοδότηση, όμως σήμαινε επίησης ότι η σχετική έρευνα ήταν συχνά απόρρητη και ήταν δύσκολο να μοιραστεί κανείς τα συμπεράσματα ή να συνεργαστεί. Η σύντηξη με λέιζερ θεωρείτο συχνά ότι ήταν πολλά χρόνια πίσω από τη μαγνητική σύντηξη.

Η έρευνα της σύντηξης με λέιζερ είχε πολλά αντίστοιχα εμπόδια με της μαγνητικής σύντηξης: Οι αστάθειες του πλάσματος και άλλες επιπλοκές δυσκόλεψαν την πρόοδο σε σχέση με τις εκτιμήσεις και η χρηματοδότηση που είχε αυξηθεί απότομα το 1970 άρχισε να στερεύει το 1980, όταν οι εμπορικοί αντιδραστήρες έμοιαζαν ακόμα πολύ μακριά.

Όμως, η τύχη της σύντηξης με λέιζερ άλλαξε το 1990. Οι ΗΠΑ διέκοψαν τις πυρηνικές δοκιμές τους το 1991 και το 1994 το Κογκρέσο δημιούργησε το πρόγραμμα διαχείρισης των πυρηνικών όπλων για να μελετήσει και να διαχειριστεί τα παλαιότερα όπλα και να διατηρήσει τους ειδικούς στις θέσεις τους σε περίπτωση που χρειάζονταν ξανά στο μέλλον.

Στα πλαίσια του προγράμματος, το Λάιβμορ πρότεινε ένα τεράστιο έργο σύντηξης με λέιζερ, το National Ignition Facility, που θα επιτύγχανε ανάφλεξη και θα επιβεβαίωνε τα υπολογιστικά μοντέλα για τα πυρηνικά όπλα. Το 1995 ο προϋπολογισμός της τεχνολογίας ήταν 177 εκατ. δολάρια και το 1999 είχε φτάσει τα 508 εκατ.

Το NIF σχεδιαζόταν αρχικά να ολοκληρωθεί το 2002 με κόστος 2,1 δισ. Εντούτοις, όπως στον ITER, οι αρχικές προβλέψεις αποδείχτηκαν αισιόδοξες. Το NIF ολοκληρώθηκε το 2009 με κόστος 4 δισ. και όπως τόσα άλλα σχέδια που προηγήθηκαν, η επίτευξη των στόχων του παρέμεινε απατηλή: Το 2011 ο υφυπουργός Ενέργειας, Στιβ Κούμιν, δήλωσε ότι "η σύντηξη είναι πιο δύσκολη από ότι ελπίζαμε" και "ίσως χρειάζεται κάποια επιστημονική ανακάλυψη". Το NIF παρήγαγε καυτό πλάσμα μόλις το 2021 και ανάφλεξη το 2022.

Παρόλο που το NIF έκανε πρόοδο στην έρευνα της σύντηξης, είναι εν τέλει μια εγκατάσταση δοκιμών πυρηνικών όπλων. Η έρευνα σχετικά με την ενέργεια αποτελεί ένα μικρό κλάσμα του προϋπολόγισμού του και συχνά συναντά την αντίσταση του υπουργείου ενέργειας (για πολλά χρόνια το Κογκρέσο προσέθετε χρήματα παρά τις ενστάσεις). Ανεξαρτήτως των ηχηρών ανακοινώσεων που γίνονται κατά καιρούς, δεν αναμένεται να ωθήσει την πυρηνική σύντηξη.

Η άνοδος των νεοφυών επιχειρήσεων της σύντηξης

Μέχρι το 2010 έτσι παρέμενε η κατάσταση στη σύντηξη για παραγωγή ενέργειας. Μικρές έρευνες πραγματοποιούνταν στο NIF και σε άλλες εγκαταστάσεις και οι ερευνητές περίμεναν την ολοκλήρωση του ITER για να μελετήσουν το καυτό πλάσμα. Οι πρόοδοι στις μετρήσεις της απόδοσης της σύντηξης, που είχαν αυξηθεί σταθερά στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, βάλτωσαν στις αρχές του 2000.

Όμως, τα τελευταία χρόνια είδαμε μια τεράστια αύξηση των προσπαθειών του ιδιωτικού τομέα. Το 2023 υπήρχαν 43 εταιρείες που αναπτύσσουν τη σύντηξη, πολλές εκ των οποίων χρηματοδοτήθηκαν μόλις τα τελευταία έτη. Οι εταιρείες του χώρου συνέλλεξαν συνολικά 6,2 δισ. δολάρια, εκ των οποίων 4,1 δισ. πρόσφατα.

Οι επενδύσεις αυτές είναι έντονα ανισόρροπες, καθώς λίγες επιχειρήσεις λαμβάνουν τη μερίδα του λέοντος. Ο γίγαντας είναι η Commonwealth Fusion Systems, που συγκέντρωσε πάνω από 2 δισ. δολάρια από την ίδρυσή της το 2018. Άλλοι μεγάλοι παίκτες είναι η TAE Technologies (1,2 δισ.), η Helion Energy (577 εκατ. συν άλλα 1,7 δισ. βάσει της απόδοσης) και η Zap Energy (200 εκατ.).

Οι εταιρείες αυτές ακολουθούν διάφορες στρατηγικές για τη σύντηξη, από δοκιμασμένα τόκαμακ (Commonwealth) μέχρι μηχανές-τσιμπήδες (Zap) μέχρι αδρανή συγκράτηση με λέιζερ ή ακόμα πιο εξωτικές μεθόδους.

Για παράδειγμα, ο αντιδραστήρας της Helion εκτοξεύει δύο δακτυλίους πλάσματος τη μια πάνω στην άλλη με ταχύτητα πάνω από 1,7 εκατ. χιλιόμετρα την ώρα. Όταν συγκρούονται, η αντίδραση σύντηξης αλληλεπιδρά με το γύρω μαγνητικό πεδίο για να παράγει ηλεκτρισμό άμεσα (οι περισσότεροι άλλοι αντιδραστήρες παράγουν ηλεκτρισμό χρησιμοποιώντας τα πολύ ενεργά σωματίδια για να θερμάνουν νερό και να γυρίσουν τις γεννήτριες). 

Ο Σύνδεσμος Σύντηξης ανέφερε το 2023 ότι υπήρχαν δέκα εταιρικές στρατηγικές με χρήση διαφόρων καυσίμων (αν και οι περισσότερες εταιρείες χρησιμοποιούν τη συμβατική μέθοδο μαγνητικής συγκράτησης και δευτέριο-τρίτιο).

Πολλές από αυτές τις στρατηγικές ακολουθούνται με στόχο τη δημιουργία ενός φθηνού και πρακτικού αντιδραστήρα. Ένα μειονέκτημα των αντιδράσεων δευτερίου-τριτίου, για παράδειγμα, είναι ότι πολλή από την ενέργεια έχει τη μορφή νετρονίων υψηλής ενέργειας, τα οποία σταδιακά διαβρώνουν το εσωτερικό του αντιδραστήρα και το καθιστούν ραδιενεργό.

Ορισμένες νεοφυείς επιχειρήσεις ακολουθούν εναλλακτικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν λιγότερα νετρόνια υψηλής ενέργειας. Παρομοίως, άλλες νεοφυείς χρησιμοποιούν τη λεγόμενη "διάταξη αντίστροφου πεδίου" ή FRC, που δημιουργεί ένα μικρό δακτύλιο πλάσματος μέσω μαγνητικών πεδίων που απαιτούν λιγότερους μαγνήτες υψηλής ισχύος. Και η μηχανή της Zap χρησιμοποιεί ένα σχετικά απλό σχήμα αντιδραστήρα που δεν απαιτεί ισχυρούς μαγνήτες: Η στρατηγική της βασίζεται στην επίλυση του "ρίσκου φυσικής" για διατήρηση του πλάσματος σε σταθερή κατάσταση (ένα κεντρικό πρόβλημα στις μηχανές αυτές) μέσω των φαινομένων που είναι γνωστά ως σταθεροποίηση ροής διάτμησης.

Μετά από τόσα χρόνια ερευνητικών προσπαθειών με σχεδόν αποκλειστικά κρατική χρηματοδότηση, γιατί ξαφνικά μοιάζει η σύντηξη τόσο ελκυστική στον ιδιωτικό τομέα; Εν μέρει, η σταθερή επιστημονική πρόδοος αντιμετώπισε τις δυσκολίες κατασκευής ενός αντιδραστήρα. Ο νόμος του Μουρ και η ανεπτυγμένη τεχνολογία μικροεπεξεργαστών κατέστησαν εφικτό ένα πιο ακριβές μοντέλο πλάσματος με αντιδραστήρες μέσω της χρήσης γυρωκινητικών και επέτρεψαν και τον πιο ακριβή έλεγχο των συνθηκών.

Για παράδειγμα, ο αντιδραστήρας της Helion δεν θα ήταν εφικτός δίχως μικροεπεξεργαστές που ενεργοποιούν τους μαγνήτες γρήγορα και με ακρίβεια. Τα καλύτερα λέιζερ έχουν βελτιώσει τις προοπτικές της σύντηξης αδρανούς συγκράτησης. Η πρόοδος στους υπεραγωγούς υψηλών θερμοκρασιών κατέστησαν εφικτή την κατασκευή πολύ ισχυρών μαγνητών που είναι λιγότερο ογκώδεις και ακριβοί από ότι προηγουμένως.

Για παράδειγμα, η προσέγγιση της Commonwealth Fusion βασίζεται εξ ολοκλήρου στη χρήση καινοτόμου τεχνολογίας μαγνητών για να φτιάξει έναν μικρότερο και φθηνότερο τόκαμακ: Ο τεράστιος γύρος χρηματοδότησης των 1,8 δισ.$ το 2021 ήρθε μετά την επιτυχή επίδειξη ενός τέτοιου μαγνήτη που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμη μαγνητική ταινία.

Υπάρχουν όμως και μη τεχνικοί ή κοινωνικοί λόγοι για την ξαφνική έξαρση στις νεοφυείς επιχειρήσεις της σύντηξης. Η χρηματοδότηση της Commonwealth Fusion το 2021 προκάλεσε ένα φαινόμενο ντόμινο: Έδειξε ότι είναι εφικτό να συγκεντρώσεις σημαντικά ποσά και οι επενδυτές άρχισαν να μπαίνουν στον αγώνα για να στηρίξουν τις δικές τους Commonwealth.

Καμία από αυτές τις εταιρείες δεν κατάφερε να πετύχει ισορροπία παραγωγής ή καυτό πλάσμα, όμως πολλές θεωρούνται αρκετά υποσχόμενες από τους ειδικούς και εκτιμάται ότι τουλάχιστον μια θα κατασκευάσει επιτυχώς έναν αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρισμού.

Πως να αναλογιστούμε τη διαδικασία της σύντηξης

Μετά από 70 και πλέον χρόνια έρευνας και ανάπτυξης, ακόμα δεν έχουμε ένα λειτουργικό αντιδραστήρα παραγωγής, πόσο μάλλον έναν πρακτικό αντιδραστήρα. Πως πρέπει να αξιολογήσουμε την πρόοδο που σημειώθηκε;

Συνήθως ακούμε από τους υπέρμαχους της σύντηξης ότι παρά την έλλειψη ενός αντιδραστήρα, ο βαθμός της προόδου υπήρξε εντυπωσιακή. Συχνά βλέπουμε αυτό το γράφημα που συγκρίνει τη βελτίωση του τριπλού προϊόντος σε σχέση με το νόμο του Μουρ, που υποδεικνύει ότι η πρόδοος υπήρξε ταχύτερη από τους ημιαγωγούς. Μπορείτε να φτιάξετε αντίστοιχα γραφήματα και για άλλα μέτρα της απόδοσης της σύντηξης, όπως η παραγωγή ενέργειας των αντιδραστήρων.

Νομίζω ότι αυτές οι συγκρίσεις είναι παραπλανητικές. Η ορθή σύγκριση για τη σύντηξη δεν είναι σε σχέση με μια εμπορική τεχνολογία που βελτιώνεται διαρκώς, αλλά με τις πρώιμες τεχνολογίες που ακόμη αναπτύσσονται. Όταν κάνουμε αυτή τη σύγκριση, η πρόοδος της σύντηξης δεν μοιάζει τόσο εντυπωσιακή.

Αναλογιστείτε, για παράδειγμα, το λαμπτήρα πυράκτωσης. Ένα σημαντικό μέτρο της απόδοσής του είναι πόσο διαρκεί μέχρι να καεί: Το πείραμα του Έντισον το 1879 διήρκησε μόλις 14,5 ώρες (αν και ήταν μεγάλη βελτίωση από τους προηγούμενους που διαρκούσαν μόνο μια ώρα). Το 1880 ορισμένοι λαμπτήρες του Έντισον διαρκούσαν σχεδόν 1.400 ώρες, άρα μέσα σε ένα χρόνο η απόδοση αυξήθηκε κατά 100-1000 φορές.

Αναλογιστείτε, επίσης, το ραδιόφωνο. Σημαντικό μέτρο εδώ είναι πόσο μακριά μπορεί να φτάσει το σήμα. Κατά την πρώιμη ανάπτυξη του ραδιοφώνου, η απόσταση αυτή ήταν εξαιρετικά σύντομη. Όταν ο Μακρόνι έκανε τα πρώτα πειράματα στη σοφίτα του πατέρα του το 1894, μπορούσε να μεταδώσει μόνο στα 10 μέτρα και όχι αξιόπιστα. Όμως το 1901 ο Μακρόνι κατάφερε να μεταδώσει σήμα διαμέσω του Ατλαντικού από το Κόρνουολ στο Νιουφάουντλαντ σε απόσταση 3.700χμ. Μέσα σε επτά μόλις χρόνια ο Μακρόνι αύξησε την απόσταση κατά 370.000 φορές.

Αντίστοιχα, ο πρώτος τεχνητός πυρηνικός αντιδραστήρας, Chicago Pile-1, παρήγαγε μισό βατ ενέργειας το 1942. Το 1951, ο Experimental Breeder Reactor-I που ήταν ο πρώτος που παρήγαγε ηλεκτρισμό, απέδιδε 100.000 βατ. Και το 1954 οι πρώτοι υποβρύχιοι αντιδραστήρες παρήγαγαν 10.000.000 βατ, δηλαδή 20 εκατομμύρια φορές παραπάνω μέσα σε 12 χρόνια.

Στα πολύ πρώιμα στάδια μιας τεχνολογίας, όταν μετά βίας λειτουργεί, ο νόμος του Μουρ (δηλαδή ο διπλασιασμός κάθε δύο χρόνια) είναι πολύ φτωχός. Αν μια μηχανή που μετά βίας λειτουργεί μπορεί να διπλασιάσει την απόδοσή της, τότε εξακολουθεί να λειτουργεί μετά βίας. Ένας κινητήρας τζετ που αποτυγχάνει καταστροφικά μετά από λίγα δευτερόλεπτα λειτουργίας (όπως ήταν οι πρώτες) είναι ακόμα παντελώς άχρηστος αν διπλασιάσεις αυτό το χρόνο. Η τεχνολογία με σχεδόν μηδενική απόδοση πρέπει συχνά να βελτιωθεί εκατομμύρια φορές και πολλές, ίσως οι περισσότερες, επιδεικνύουν τέτοιους ρυθμούς στην αρχή. Αν δεν το έκαναν, τότε δεν θα αναπτύσσονταν: Λιγοστοί υποστηρικτές είναι πρόθυμοι να ρίξουν χρήματα σε μια τεχνολογία επί δεκαετίες με την ελπίδα ότι τελικά θα γίνει αρκετά καλή για να είναι χρήσιμη.

Υπό αυτή την έννοια, η σύντηξη είναι αξιοσημείωτη όχι για το γοργό ρυθμό προόδου της, αλλά για το γεγονός ότι χρηματοδοτείται επί δεκαετίες παρά την αργή της ανάπτυξη. Αν οι αρχικές προσπάθειες σύντηξης είχαν ιδιωτική χρηματοδότηση, τότε η ανάπτυξη θα είχε σταματήσει μόλις φανερωνόταν ότι το απλοποιημένο μοντέλο του Σπίτσερ ήταν λανθασμένο. Και στην πραγματικότητα, ο Σπίτσερ είχε υποθέσει ότι θα σταματούσε αν το πλάσμα δεν ήταν εύκολο στη συγκράτηση: Το ότι συνεχίστηκε η ανάπτυξη έτσι κι αλλιώς είναι εκπληκτικό.

Ο σχετικά αργός ρυθμός ανάπτυξης της σύντηξης μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι οι απαραίτητες συνθήκες είναι τρομερά δύσκολο να δημιουργηθούν. Για τις περισσότερες τεχνολογίες, τα φαινόμενα είναι σχετικά απλά στη διαχείριση, ώστε πολλές εφευρέσεις έγιναν από επιμέρους άτομα με ίδια χρηματοδότηση. Ακόμα και κάτι σαν την πυρηνική σχάση είναι σχετικά απλό να γίνει, άλλωστε υπάρχουν και φυσικοί αντιδραστήρες στη Γη όταν συσσωρεύεται επαρκής ποσότητα καυσίμου στις κατάλληλες συνθήκες. Όμως οι συνθήκες για τη σύντηξη - εκατομμύρια βαθμοί - είναι πολύ πιο δύσκολες και η πρόοδος αναγκαστικά δυσκολεύει.

Η πρόοδος στη σύντηξη δείχνει καλύτερη αν τη συγκρίνουμε με άλλες τεχνολογίες όχι όταν ξεκίνησε η ανάπτυξή τους, αλλά όταν ανακαλύφθηκαν και έγιναν κατανοητά τα φαινόμενα. Η σύντηξη απαιτεί όχι μόνο έναν αντιδραστήρα, αλλά την εξερεύνηση και κατανόηση ενός εντελώς νέου φαινομένου: Τη συμπεριφορά των πλασμάτων υψηλής θερμοκρασίας.

Η επιστημονική κατανόηση των φαινομένων χρειάζεται αναπόφευκτα χρόνο. Του Μακρόνι του πήρε μόλις μερικά χρόνια για να κατασκευάσει το ραδιόφωνο, όμως οι προσπάθειές του στηρίχθηκαν σε δεκαετίες έρευνας για τα ηλεκτρικά φαινόμενα. Ομοίως ο Έντισον με το λαμπτήρα. Και η συμπεριφορά των πλασμάτων υψηλής θερμοκρασίας υπό ταραχώδη ροή είναι ένα ιδιαίτερα ζόρικο επιστημονικό πρόβλημα. Δεν πρέπει να σκεφτόμαστε τη σύντηξη ως μια τεχνολογία που έχει κάνει γρήγορη πρόοδο, αλλά ένα συνδυασμό τεχνολογικής ανάπτυξης και επιστημονικής διερεύνησης μιας προηγουμένως άγνωστης και ιδιαίτερα δύσκολης κατάστασης της ύλης, όπου η πρόοδος στο ένα συχνά απαιτείται για να γίνει πρόοδος στο άλλο.

Παρατηρούμε αυτή τη δυναμική στην ιστορία της σύντηξης, όοπυ οι ερευνητές συνεχώς αμφιταλαντεύονται ανάμεσα στην ανάπτυξη με βάση τη μηχανική (φτιάχνουμε μηχανές για να δούμε πως λειτουργούν) και την επιστημονική ανάπτυξη (θεωρίες που να καθοδηγούν την κατασκευή μηχανών), ανάμεσα στο να φτιάξουν ένα ηλεκτροπαραγωγικό σταθμό σύντηξης και να καταλάβουν αν αυτό είναι καν εφικτό. Οι προσπάθειες συνέχεια αμφιταλαντεύονταν μεταξύ των δύο αυτών στρατηγικών και οι ερευνητές συνεχώς αμφισβητούσαν αν επικεντρώνονταν στη σωστή προσέγγιση.

Συμπέρασμα: Το καλό και το κακό σενάριο για τη σύντηξη

Παρά τις δεκαετίες προόδου, ακόμα δεν είναι σαφές ακόμα και για τους ειδικούς του χώρου αν είναι εφικτός ένας πρακτικός και ανταγωνιστικός αντιδραστήρας ηλεκτροπαραγωγής. Υπάρχουν επιχειρήματα εκατέρωθεν.

Το καλό σενάριο για τη σύντηξη είναι ότι τις τελευταίες δεκαετίες δεν έγινε σοβαρή προσπάθεια για ηλεκτροπαραγωγή και τώρα αφιερώνεται σημαντικό έργο στο πρόβλημα, οπότε ένας λειτουργικός αντιδραστήρας μοιάζει πολύ κοντά. Η επιστήμη του πλάσματος και η ικανότητά μας να μοντελοποιήσουμε, κατανοήσουμε και να προβλέψουμε έχει βελτιωθεί ραγδαία, όπως και οι υποστηρικτικές τεχνολογίες (π.χ. οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες) που χρειάζονται. Ο ITER, για παράδειγμα, σχεδιάστηκε στις αρχές του 2000 και θα στοιχίσει δεκάδες δισεκατομμύρια. Ο SPARC της Commonwealth θα μπορέσει να πλησιάσει την απόδοσή του ποικιλοτρόπως (στοχεύει ένα Q>10 και τριπλό προϊόν στο 80% του ITER), αλλά έναντι πολύ χαμηλότερου κόστους. 

Με τόσο πολλές καλά χρηματοδοτημένες εταιρείες να μπαίνουν στο χώρο, βρισκόμαστε καθ' οδόν για έναν θετικό κύκλο βελτίωσης: Περισσότερες εταιρείες σύντηξης σημαίνει ότι αξίζει να δημιουργηθούν εύρωστες αλυσίδες εφοδιασμού και να αναπτυχθεί η υποστηρικτική τεχνολογία όπως η μαζική παραγωγή υλικών, φθηνοί μαγνήτες κτλ. Αυτό επιτρέπει ακόμα περισσότερη πρόοδο και καλύτερη απόδοση αντιδραστήρα, που με τη σειρά της προελκύει κι άλλους νέους παίκτες. Καθώς μπαίνουν σε λειτουργία τόσοι αντιδραστήρες, θα γίνει εφικτή ακόμα περισσότερη έρευνα (ιστορικά η διαθεσιμότητα των μηχανών ήταν μεγάλο εμπόδιο). Πολλές βιομηχανίες απαιτούν αρχικά κρατική στήριξη προτού γίνουν αυτάρκεις οικονομικά. Παρόλο που η σύντηξη χρειάστηκε μια ιδιαίτερα μακρά περίοδο κρατικής στήριξης, είναι στα πρόθυρα να γίνει εμπορικά βιώσιμη. Τουλάχιστον ένα από τα πολλά σχέδια θα μπορέσει να κλιμακωθεί και να οδηγήσει στην κατασκευή αντιδραστήρα λογικού μεγέθους και χαμηλού κόστους, ενώ η σύντηξη θα αποκτήσει ένα σεβαστό μερίδιο της συνολικής ενεργειακής ζήτησης.

Το κακό σενάριο για τη σύντηξη είναι ότι πέρα από ασυνήθιστες προσεγγίσεις όπως της Helion (που μπορεί να μην πετύχει), είναι ακόμη μια από μια μακρά σειρά ενεργειακών τεχνολογιών που βράζουν νερό για να κινήσουν ένα στρόβιλο. Και οι συνθήκες που απαιτούνται για τη σύντηξη (πλάσμα σε εκατοντάδες εκατ. βαθμούς) αναπόφευκτα την καθιστούν ακριβότερη από άλλες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής. Ακόμα και αν κατασκευάζαμε έναν αντιδραστήρα ηλεκτροπαραγωγής, η σύντηξη δεν θα γίνει ποτέ τόσο φθηνή όσο οι μονάδες αερίου, πόσο μάλλον όσο τα μελλοντικά φωτοβολταϊκά ή η ανεπτυγμένη γεωθερμία. Όταν θα είναι έτοιμος ένας αντιδραστήρας, αν συμβεί ποτέ, κανείς δεν θα τον θέλει.

Ίσως το ισχυρότερο επιχείρημα για τη σύντηξη είναι ότι δεν είναι η μοναδική τεχνολογία που χαρακτηρίζεται από αβεβαιότητα. Η επόμενη γενιά καθαρού ηλεκτρισμού αναπόφευκτα θα χρησιμοποιεί τεχνολογία που δεν υπάρχει ακόμα, είτε μιλάμε για φθηνότερα φωτοβολταϊκά, καλύτερες μπαταρίες, καλύτερους αντιδραστήρες σχάσης ή ανεπτυγμένη γεωθερμία. Όλες αυτές οι τεχνολογίες είναι αρκετά θεωρητικές και ίσως να μην πετύχουν - τα φ/β και οι μπαταρίες μπορεί να φτάσουν σε ένα υψίπεδο, η ανεπτυγμένη γεωθερμία ίσως να αποδειχτεί ανέφικτη κτ. Ένάντι αυτού του ρίσκου, είναι ένα λογικό στοίχημα να εντάξουμε τη σύντηξη στο μείγμα.

(https://www.construction-physics.com/)