მართლაც შექმნეს თუ არა მეცნიერებმა ხელოვნური მზე? — სიმართლე ტექნოლოგიაზე, რომელმაც შესაძლოა კაცობრიობის მომავალი შეცვალოს

მეცნიერები მართლაც მზის შექმნას ცდილობენ?

წარმოიდგინეთ სამყარო, სადაც ელექტროენერგია თითქმის ამოუწურავია, ატმოსფეროში სათბურის გაზების გამოყოფა მნიშვნელოვნად მცირდება და კაცობრიობა აღარ არის დამოკიდებული ნავთობსა და ბუნებრივ აირზე. კიდევ რამდენიმე ათეული წლის წინ მსგავსი მომავალი მხოლოდ სამეცნიერო ფანტასტიკის ნაწილი ჩანდა, თუმცა დღეს მსოფლიოს უდიდესი კვლევითი ცენტრები ცდილობენ რეალობად აქციონ ტექნოლოგია, რომელსაც ბევრი „ხელოვნურ მზეს“ უწოდებს.

ამ სახელწოდებამ უამრავი მითიც გააჩინა. სოციალურ ქსელებში ხშირად ვხვდებით ხმაურიან სათაურებს, როგორიცაა: „მეცნიერებმა დედამიწაზე მზე შექმნეს!“ სინამდვილეში, ეს სიმართლეს სრულად არ ასახავს.

მეცნიერებს ნამდვილი მზე არ შეუქმნიათ. მათ შექმნეს ექსპერიმენტული რეაქტორები, რომლებშიც მიმდინარეობს იგივე ფიზიკური პროცესი, რომელიც მზის ბირთვში მილიარდობით წლის განმავლობაში წარმოქმნის სინათლესა და სითბოს. ამ პროცესს ბირთვული სინთეზი (Nuclear Fusion) ეწოდება და სწორედ ის განიხილება მომავლის ენერგეტიკის ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ მიმართულებად.

თუ მეცნიერები შეძლებენ ამ რეაქციის სტაბილურად და ეკონომიკურად მართვას, კაცობრიობა შეიძლება ენერგეტიკის ისტორიაში ყველაზე დიდ გარდატეხას შეესწროს.

რატომ ანათებს მზე?

ბევრს ჰგონია, რომ მზე უბრალოდ უზარმაზარი ცეცხლის ბურთია, რომელშიც მუდმივად რაღაც იწვის. სინამდვილეში ეს ასე არ არის. მზეზე არც შეშა იწვის, არც ნახშირი და არც ბუნებრივი აირი. მისი ენერგიის წყარო გაცილებით უფრო რთული და შთამბეჭდავი პროცესია.

მზის ბირთვში, სადაც ტემპერატურა დაახლოებით 15 მილიონ გრადუს ცელსიუსს აღწევს, წყალბადის ატომები წარმოუდგენელი წნევის ქვეშ ერთმანეთს ერწყმის და ჰელიუმს წარმოქმნის. ამ პროცესს ბირთვული სინთეზი ეწოდება.

შერწყმის დროს ატომების საერთო მასის მცირე ნაწილი ენერგიად გარდაიქმნება. სწორედ ეს არის აინშტაინის ცნობილი ფორმულის E = mc² რეალური გამოვლინება. მასის უმცირესი დანაკარგიც კი კოლოსალურ ენერგიას წარმოქმნის, რომელიც საბოლოოდ სინათლისა და სითბოს სახით ვრცელდება კოსმოსში.

სწორედ ამ პროცესის წყალობით ანათებს მზე უკვე დაახლოებით 4.6 მილიარდი წელია და სიცოცხლისთვის აუცილებელ ენერგიას დედამიწასაც აწვდის.

შესაძლებელია თუ არა მზის ძალის გამეორება?

ეს კითხვა მეცნიერებს თითქმის საუკუნეა აწუხებთ. თეორიულად, მზეზე მიმდინარე პროცესის გამეორება დედამიწაზეც შესაძლებელია, თუმცა პრაქტიკაში ეს თანამედროვე მეცნიერებისა და ინჟინერიის ერთ-ერთი ყველაზე რთული ამოცანაა.

მზეზე ბირთვული სინთეზი უზარმაზარი გრავიტაციის წყალობით მიმდინარეობს. ვარსკვლავის კოლოსალური მასა წყალბადის ატომებს იმდენად ძლიერად აწვება, რომ ისინი ერთმანეთს ერწყმის და ენერგიას გამოყოფს.

დედამიწაზე ასეთი გრავიტაციული პირობების შექმნა შეუძლებელია. ამიტომ მეცნიერებმა სხვა გზა აირჩიეს: წნევის კომპენსირება გაცილებით მაღალი ტემპერატურით. სწორედ ამიტომ ექსპერიმენტულ რეაქტორებში პლაზმას ხშირად 100–150 მილიონ გრადუს ცელსიუსამდე აცხელებენ. ასეთი ტემპერატურა აუცილებელია იმისთვის, რომ ატომებმა ერთმანეთთან შერწყმა შეძლონ.

რატომ არის „ხელოვნური მზე“ მზეზე უფრო ცხელი?

ერთი შეხედვით, ეს პარადოქსულად ჟღერს. როგორ შეიძლება დედამიწაზე შექმნილი რეაქტორი მზეზე უფრო ცხელი იყოს?

ამ კითხვაზე პასუხი იმაში მდგომარეობს, რომ ადამიანები ხშირად ერთმანეთში ურევენ მზის ზედაპირსა და მის ბირთვს. მზის ზედაპირის ტემპერატურა დაახლოებით 5 500°C-ია, ხოლო ბირთვში, სადაც სინთეზი მიმდინარეობს, ის დაახლოებით 15 მილიონ°C-ს აღწევს.

ექსპერიმენტულ სინთეზურ რეაქტორებში კი პლაზმის ტემპერატურა ზოგჯერ 100 მილიონ°C-საც აჭარბებს. ეს არ ნიშნავს, რომ „ხელოვნური მზე“ ნამდვილ მზეზე ძლიერია. მიზეზი ბევრად უფრო პრაქტიკულია: დედამიწაზე მზის გრავიტაცია არ არსებობს, ამიტომ იმავე რეაქციის დასაწყებად გაცილებით მაღალი ტემპერატურაა საჭირო.

რა არის პლაზმა?

თუ გვსურს გავიგოთ, როგორ მუშაობს „ხელოვნური მზე“, ჯერ უნდა ვიცოდეთ, რა არის პლაზმა.

სკოლაში ვსწავლობთ, რომ ნივთიერებას სამი ძირითადი მდგომარეობა აქვს: მყარი, თხევადი და აირი. თუმცა არსებობს მეოთხე მდგომარეობაც — პლაზმა, რომელიც სამყაროში ყველაზე გავრცელებულია.

როდესაც აირი უკიდურესად მაღალ ტემპერატურამდე ცხელდება, ატომები ელექტრონებს კარგავენ. შედეგად წარმოიქმნება დადებითად დამუხტული იონებისა და თავისუფალი ელექტრონების ნარევი. სწორედ ამ მდგომარეობას ეწოდება პლაზმა.

სამყაროს ხილული მატერიის უდიდესი ნაწილი პლაზმისგან შედგება. ვარსკვლავები, მათ შორის ჩვენი მზეც, მთლიანად ამ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებისგან არის შექმნილი.

როგორ მუშაობს „ხელოვნური მზე“?

თანამედროვე სინთეზური რეაქტორების უმეტესობა საწვავად წყალბადის ორ იზოტოპს — დეიტერიუმსა და ტრიტიუმს — იყენებს. როდესაც ისინი უკიდურესად მაღალ ტემპერატურასა და შესაბამის პირობებში ერთმანეთს ერწყმის, წარმოიქმნება ჰელიუმი, სწრაფი ნეიტრონი და უზარმაზარი რაოდენობის ენერგია.

მომავალში სწორედ ამ ენერგიის გამოყენება იგეგმება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. თუ ტექნოლოგია კომერციულად წარმატებული გახდება, შესაძლებელი იქნება ელექტროსადგურების აშენება, რომლებიც გაცილებით სუფთა და უსაფრთხო ენერგიას გამოიმუშავებენ, ვიდრე დღეს არსებული მრავალი წყარო.

რატომ მიიჩნევა ბირთვული სინთეზი მომავლის ენერგიად?

ბირთვულ სინთეზს რამდენიმე მნიშვნელოვანი უპირატესობა აქვს. მისი საწვავის ერთ-ერთი ძირითადი კომპონენტი — დეიტერიუმი — ზღვის წყალში დიდი რაოდენობით გვხვდება, რაც მას პრაქტიკულად ამოუწურავ რესურსად აქცევს. რეაქციის დროს თითქმის არ გამოიყოფა ნახშირორჟანგი, ამიტომ ტექნოლოგია კლიმატის ცვლილებასთან ბრძოლაშიც მნიშვნელოვან როლს შეიძლება ასრულებდეს.

გარდა ამისა, სინთეზური რეაქტორი ვერ ვითარდება იმგვარი უკონტროლო ჯაჭვური რეაქციით, როგორიც ბირთვული დაშლის შემთხვევაშია შესაძლებელი. თუ რეაქტორში საჭირო პირობები დაირღვევა, პროცესი უბრალოდ შეწყდება.

თუმცა ამ ყველაფრის მიუხედავად, ბირთვული სინთეზის პრაქტიკაში განხორციელება ჯერ კიდევ ურთულეს ამოცანად რჩება. ასობით მილიონი გრადუსის ტემპერატურის პლაზმის სტაბილურად კონტროლი თანამედროვე ფიზიკისა და ინჟინერიის ერთ-ერთი ყველაზე დიდი გამოწვევაა.

მსოფლიოს ყველაზე ამბიციური პროექტები – როგორ ცდილობენ მეცნიერები „ხელოვნური მზის“ შექმნას?

ბირთვული სინთეზის თეორია მეცნიერებისთვის უკვე დიდი ხანია ცნობილია. გაცილებით რთული აღმოჩნდა მისი პრაქტიკაში განხორციელება. სწორედ ამიტომ ბოლო ათწლეულებში მსოფლიოს წამყვანმა სახელმწიფოებმა და სამეცნიერო ორგანიზაციებმა მილიარდობით დოლარის ინვესტიცია ჩადეს ექსპერიმენტულ რეაქტორებში, რომელთა მიზანიც ერთია — დედამიწაზე სტაბილური და კონტროლირებადი ბირთვული სინთეზის მიღწევა.

დღეს ამ სფეროში რამდენიმე პროექტი განსაკუთრებით გამოირჩევა. თითოეული მათგანი განსხვავებულ ტექნოლოგიას იყენებს, თუმცა საბოლოო მიზანი ყველასთვის ერთია — მომავლის სუფთა და პრაქტიკულად ამოუწურავი ენერგიის წყაროს შექმნა.

EAST – ჩინეთის „ხელოვნური მზე“

ბოლო წლებში საერთაშორისო მედიის ყურადღების ცენტრში ყველაზე ხშირად ჩინეთის EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) ექცევა. სწორედ ამ რეაქტორს უწოდებენ ხშირად „ჩინეთის ხელოვნურ მზეს“.

EAST მდებარეობს ჩინეთის ქალაქ ჰეფეიში და მისი მთავარი დანიშნულება ელექტროენერგიის წარმოება კი არა, ბირთვული სინთეზის კვლევაა. მეცნიერები ამ რეაქტორში სწავლობენ, როგორ შეიძლება პლაზმის სტაბილურად შენარჩუნება დიდი ხნის განმავლობაში.

სინამდვილეში, პლაზმის შექმნა მეცნიერებისთვის უკვე დიდი ხანია პრობლემას აღარ წარმოადგენს. მთავარი გამოწვევა მისი კონტროლია. თუ პლაზმა სულ რამდენიმე წამში არასტაბილური გახდება, რეაქცია შეწყდება და მიღებული ენერგია პრაქტიკული გამოყენებისთვის საკმარისი აღარ იქნება.

სწორედ ამიტომ EAST-ის მთავარი ამოცანაა აჩვენოს, რამდენ ხანს შეიძლება შენარჩუნდეს პლაზმა ისე, რომ რეაქტორმა სტაბილურად იმუშაოს.

ბოლო წლებში EAST-მა არაერთი მნიშვნელოვანი რეკორდი დაამყარა.

ერთ-ერთ ყველაზე შთამბეჭდავ ექსპერიმენტში მეცნიერებმა დაახლოებით 100 მილიონი გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურის პლაზმის შენარჩუნება 1000 წამზე მეტი ხნის განმავლობაში შეძლეს. ეს შედეგი არ ნიშნავს, რომ ჩინეთმა უკვე შექმნა კომერციული „ხელოვნური მზე“, თუმცა ნათლად აჩვენებს, რომ მეცნიერები მიზანს თანდათან უახლოვდებიან.

ასეთი ექსპერიმენტები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან მომავალი ელექტროსადგურებისთვის საკმარისი არ იქნება პლაზმის მხოლოდ რამდენიმე წამით შექმნა. რეაქტორმა უწყვეტად უნდა იმუშაოს საათების, დღეებისა და საბოლოოდ წლების განმავლობაშიც.

ITER – კაცობრიობის ერთ-ერთი ყველაზე დიდი სამეცნიერო პროექტი

თუ EAST ძირითადად ექსპერიმენტული კვლევებისთვის გამოიყენება, ITER კიდევ უფრო მასშტაბური პროექტია. მისი სახელწოდება ლათინურად „გზას“ ნიშნავს და ეს შემთხვევითი არ არის. მეცნიერების აზრით, სწორედ ITER-მა უნდა გახსნას გზა პირველი კომერციული სინთეზური ელექტროსადგურებისკენ.

რეაქტორი საფრანგეთის სამხრეთში შენდება და მასში მსოფლიოს შვიდი უმსხვილესი პარტნიორი მონაწილეობს:

• ევროკავშირი
• აშშ
• ჩინეთი
• იაპონია
• სამხრეთ კორეა
• ინდოეთი
• რუსეთი

ასეთი მასშტაბის საერთაშორისო სამეცნიერო თანამშრომლობა ისტორიაში იშვიათია. მიუხედავად პოლიტიკური განსხვავებებისა, ქვეყნები ერთობლივად მუშაობენ ტექნოლოგიაზე, რომელსაც შესაძლოა მთელი კაცობრიობისთვის გადამწყვეტი მნიშვნელობა ჰქონდეს.

ITER მსოფლიოში აშენებული ყველაზე დიდი ტოკამაკი იქნება. მისი რეაქტორის კამერა რამდენიმე სართულიანი შენობის სიმაღლისაა, ხოლო ზოგიერთი კომპონენტი ასობით ტონას იწონის.

პროექტის მთავარი მიზანია დაამტკიცოს, რომ შესაძლებელია ისეთი ბირთვული სინთეზის რეაქტორის შექმნა, რომელიც გაცილებით მეტ ენერგიას გამოიმუშავებს, ვიდრე მის მუშაობას სჭირდება.

თუ ეს მიზანი მიღწეული იქნება, მეცნიერები პირველად შეძლებენ აჩვენონ, რომ ბირთვული სინთეზი მხოლოდ ლაბორატორიული ექსპერიმენტი აღარ არის და მას რეალური ეკონომიკური ღირებულებაც აქვს.

NIF – როდესაც „მზეს“ ლაზერებით ანთებენ

ყველა მეცნიერი ერთსა და იმავე ტექნოლოგიას არ იყენებს.

აშშ-ში მდებარე National Ignition Facility (NIF) სრულიად განსხვავებულ მიდგომას იყენებს. ტოკამაკის ნაცვლად აქ უზარმაზარი ლაზერული სისტემა მუშაობს.

ექსპერიმენტის დროს 192 მძლავრი ლაზერის სხივი ერთდროულად ეცემა მილიმეტრზე პატარა საწვავის კაფსულას. წამის მემილიარდედებში იქმნება ისეთი მაღალი ტემპერატურა და წნევა, რომ იწყება ბირთვული სინთეზი.

2022 წელს NIF-მა ისტორიული შედეგი აჩვენა. მეცნიერებმა პირველად მიაღწიეს sogenannten „ანთებას“ (Ignition) — რეაქციამ საწვავზე უშუალოდ მიწოდებულ ლაზერულ ენერგიაზე მეტი ენერგია გამოყო. თუმცა ეს ჯერ კიდევ არ ნიშნავს, რომ ელექტროსადგურებისთვის საჭირო ტექნოლოგია მზად არის. მთელი სისტემის მასშტაბით კომერციულად მომგებიან ენერგიამდე ჯერ კიდევ მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიური გზა რჩება გასავლელი.

როგორ არ დნება რეაქტორი?

როდესაც ადამიანები იგებენ, რომ რეაქტორის შიგნით ტემპერატურა 100 მილიონ გრადუსს აჭარბებს, თითქმის ყველას ერთი და იგივე კითხვა უჩნდება:

რატომ არ დნება რეაქტორი?

პასუხი იმაზე მარტივია, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს — პლაზმა რეაქტორის კედლებს თითქმის საერთოდ არ ეხება.

პლაზმა ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკებისგან შედგება, ამიტომ მისი მართვა ძლიერი მაგნიტური ველით არის შესაძლებელი.

ტოკამაკის გარშემო განლაგებული ზეგამტარი მაგნიტები ქმნის განსაკუთრებულ მაგნიტურ ველს, რომელიც პლაზმას რეაქტორის ცენტრში „გამოკიდებულ“ მდგომარეობაში ამყოფებს. ამის წყალობით, ის კედლებს არ ეხება და მათ არ ადნობს.

ეს შეიძლება უხილავ გალიას შევადაროთ, რომლის შიგნით მზის მსგავსი პლაზმა მოძრაობს ისე, რომ რეაქტორის კონსტრუქციას პირდაპირ არ ეხება.

ტოკამაკების უმეტესობას რგოლის ან დონატის მსგავსი ფორმა აქვს და ეს შემთხვევითი არ არის.

ასეთი კონსტრუქცია საშუალებას აძლევს პლაზმას დახურულ წრეზე იმოძრაოს, რაც მისი სტაბილურობის შენარჩუნებას მნიშვნელოვნად ამარტივებს. მიუხედავად ამისა, პლაზმა მაინც უკიდურესად არასტაბილურია და მისი სრულყოფილად კონტროლი დღემდე ერთ-ერთ ყველაზე რთულ საინჟინრო ამოცანად რჩება.

ერთ მოწყობილობაში – სამყაროს ყველაზე ცხელი და ყველაზე ცივი ადგილები

ბირთვული სინთეზის რეაქტორების ერთ-ერთი ყველაზე საოცარი თავისებურება ის არის, რომ მათში ერთდროულად თანაარსებობს უკიდურესად განსხვავებული ტემპერატურები.

რეაქტორის ცენტრში პლაზმა 100 მილიონ გრადუს ცელსიუსზე მეტად შეიძლება გახურდეს, ხოლო ზეგამტარი მაგნიტები, რომლებიც მას აკავებენ, დაახლოებით −269°C ტემპერატურაზე მუშაობენ — მხოლოდ რამდენიმე გრადუსით უფრო თბილ გარემოში, ვიდრე აბსოლუტური ნულია.

ეს ნიშნავს, რომ ერთსა და იმავე მოწყობილობაში თანაარსებობს სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე ცხელი და ერთ-ერთი ყველაზე ცივი გარემო. მსგავსი პირობების შექმნა თანამედროვე ინჟინერიის ერთ-ერთ ყველაზე შთამბეჭდავ მიღწევად მიიჩნევა.

კერძო კომპანიებიც ჩაერთნენ

წარსულში ბირთვული სინთეზის კვლევები თითქმის მთლიანად სახელმწიფოების დაფინანსებაზე იყო დამოკიდებული, თუმცა ბოლო წლებში ვითარება მნიშვნელოვნად შეიცვალა.

მსოფლიოში უკვე ათობით კერძო კომპანია მუშაობს საკუთარი სინთეზური რეაქტორების შექმნაზე. ზოგი მათგანი უფრო კომპაქტურ ტოკამაკებს ავითარებს, ზოგი — განსხვავებულ მაგნიტურ სისტემებს, ზოგი კი სრულიად ახალ ტექნოლოგიებს ცდის.

ამ კონკურენციამ კვლევების ტემპი საგრძნობლად დააჩქარა. თუ ადრე პროგრესი ძირითადად სახელმწიფო პროგრამებზე იყო დამოკიდებული, დღეს ინოვაციებს კერძო სექტორიც აქტიურად უწყობს ხელს. სწორედ ამიტომ ბევრი ექსპერტი ფიქრობს, რომ პირველი კომერციული სინთეზური ელექტროსადგური შესაძლოა იმაზე ადრე გამოჩნდეს, ვიდრე რამდენიმე წლის წინ ვარაუდობდნენ.

უსაფრთხოა თუ არა „ხელოვნური მზე“ და როგორ შეიძლება მან მსოფლიო შეცვალოს?

ბირთვული სინთეზის შესახებ საუბრისას ადამიანების უმეტესობას პირველი ასოციაცია ატომური ელექტროსადგურები და ბირთვული კატასტროფებია. სწორედ ამიტომ ხშირად ჩნდება კითხვები: შეიძლება თუ არა „ხელოვნური მზე“ აფეთქდეს? არის თუ არა ის ისეთივე საშიში, როგორც ჩერნობილის ან ფუკუშიმის ტიპის რეაქტორები? და თუ ტექნოლოგია მართლაც ასეთი პერსპექტიულია, რატომ არ ვიყენებთ მას უკვე დღეს?

ამ კითხვებზე პასუხის გასაცემად, ჯერ უნდა გავიგოთ, რა განსხვავებაა ბირთვულ სინთეზსა და იმ ტექნოლოგიას შორის, რომელსაც თანამედროვე ატომური ელექტროსადგურები იყენებენ.

ბირთვული სინთეზი და ბირთვული დაშლა – ორი სრულიად განსხვავებული პროცესი

მიუხედავად იმისა, რომ ორივე ტექნოლოგია ატომის ბირთვს უკავშირდება, მათი მუშაობის პრინციპი ერთმანეთისგან ფუნდამენტურად განსხვავდება.

თანამედროვე ატომურ ელექტროსადგურებში გამოიყენება ბირთვული დაშლა (Nuclear Fission). ამ პროცესში მძიმე ელემენტის, მაგალითად ურანის ატომი, იშლება უფრო პატარა ნაწილებად. დაშლისას გამოიყოფა დიდი რაოდენობით ენერგია და იწყება ჯაჭვური რეაქცია, რომლის კონტროლიც აუცილებელია.

ბირთვული სინთეზის დროს კი პირიქით ხდება — ორი მსუბუქი ატომი, ჩვეულებრივ დეიტერიუმი და ტრიტიუმი, ერთმანეთს ერწყმის და წარმოქმნის ჰელიუმს. სწორედ ეს პროცესი მიმდინარეობს მზისა და სხვა ვარსკვლავების ბირთვში.

მარტივად რომ ვთქვათ, ატომური ელექტროსადგურები ენერგიას ატომების გაყოფით იღებენ, ხოლო „ხელოვნური მზე“ — მათი შერწყმით.

შეიძლება თუ არა „ხელოვნური მზე“ აფეთქდეს?

ეს ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული კითხვაა და პასუხი ბევრისთვის მოულოდნელია.

დღევანდელი ცოდნის მიხედვით, ბირთვული სინთეზის რეაქტორი ვერ აფეთქდება იმგვარად, როგორც ატომური ბომბი ან ბირთვული დაშლის რეაქტორი.

ამის მიზეზი თავად სინთეზის ბუნებაშია.

რეაქციის შესანარჩუნებლად საჭიროა უკიდურესად ზუსტად კონტროლირებადი პირობები: ასობით მილიონი გრადუსის ტემპერატურა, ძლიერი მაგნიტური ველი და სტაბილური პლაზმა. თუ რომელიმე ამ პირობას მცირე დარღვევაც კი შეექმნება, სინთეზი მყისიერად შეწყდება.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რეაქტორი ენერგიის გამომუშავებას უბრალოდ წყვეტს. პროცესი თავისთავად ვერ გადავა უკონტროლო რეჟიმში.

არსებობს თუ არა საფრთხეები?

ეს არ ნიშნავს, რომ ბირთვული სინთეზი სრულიად რისკისგან თავისუფალია.

რეაქტორის შიგნით წარმოქმნილი მაღალი ენერგიის ნეიტრონები დროთა განმავლობაში აზიანებენ კონსტრუქციულ მასალებს. გარდა ამისა, ტრიტიუმი, რომელიც ერთ-ერთი საწვავია, რადიოაქტიური ნივთიერებაა და მისი შენახვა და გამოყენება განსაკუთრებულ უსაფრთხოების ზომებს მოითხოვს.

ასევე რთულია რეაქტორის მოვლა და დაზიანებული კომპონენტების შეცვლა, რადგან ისინი ნეიტრონების ზემოქმედების გამო გარკვეული დროის განმავლობაში რადიოაქტიურები ხდებიან.

თუმცა ეს რისკები მნიშვნელოვნად განსხვავდება იმ საფრთხეებისგან, რომლებიც ტრადიციულ ატომურ ელექტროსადგურებს ახლავს. ბირთვული სინთეზის რეაქტორში პრაქტიკულად შეუძლებელია ისეთი მასშტაბის ავარია, როგორიც ისტორიაში ჩერნობილსა და ფუკუშიმაში მოხდა.

რატომ უწოდებენ მას „სუფთა ენერგიას“?

მიუხედავად ტექნოლოგიური სირთულეებისა, ბირთვულ სინთეზს რამდენიმე ისეთი უპირატესობა აქვს, რის გამოც მას მომავლის ენერგიის ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ წყაროდ მიიჩნევენ.

პირველი და ყველაზე მნიშვნელოვანი გარემოს დაცვას უკავშირდება. სინთეზის რეაქციის დროს პრაქტიკულად არ გამოიყოფა ნახშირორჟანგი, რაც ნიშნავს, რომ ელექტროენერგიის წარმოება კლიმატის ცვლილებაზე გაცილებით ნაკლებ გავლენას მოახდენს.

მეორე უპირატესობა საწვავია. დეიტერიუმი ზღვის წყალში დიდი რაოდენობით გვხვდება. მისი მარაგი იმდენად დიდია, რომ არსებული შეფასებებით კაცობრიობას მილიონობით წლის განმავლობაში შეიძლება ეყოს.

მესამე უპირატესობა ნარჩენებია. სინთეზი წარმოქმნის გაცილებით ნაკლებ და შედარებით მოკლე სიცოცხლის რადიოაქტიურ ნარჩენებს, ვიდრე ბირთვული დაშლა. მართალია, ნარჩენები მთლიანად არ ქრება, მაგრამ მათი მართვა ბევრად უფრო მარტივია.

რატომ არ გვაქვს ასეთი ელექტროსადგურები უკვე დღეს?

თუ ბირთვული სინთეზი ამდენ უპირატესობას გვთავაზობს, ბუნებრივია კითხვა — რატომ არ ამარაგებს ის უკვე ქალაქებს ელექტროენერგიით?

პასუხი მარტივია, თუმცა თავად პრობლემა — უკიდურესად რთული.

წარმოიდგინეთ, რომ უნდა აკონტროლოთ 100 მილიონ გრადუსზე მეტი ტემპერატურის პლაზმა, რომელიც წამიერადაც კი არ უნდა გახდეს არასტაბილური. ამასთან, რეაქტორმა იმაზე მეტი ენერგია უნდა გამოიმუშაოს, ვიდრე თავად მოიხმარს.

დღეს მეცნიერები ამ მიზანს თანდათან უახლოვდებიან, თუმცა კომერციულად მომგებიანი სისტემის შექმნა ჯერ კიდევ ერთ-ერთი ყველაზე რთული საინჟინრო ამოცანაა.

როდის გამოჩნდება პირველი კომერციული სინთეზური ელექტროსადგურები?

ზუსტი პასუხი ამ კითხვაზე არ არსებობს, რადგან ყველაფერი მიმდინარე კვლევების შედეგებზეა დამოკიდებული.

ამჟამინდელი პროგნოზების მიხედვით, 2030-იან წლებში შეიძლება ამოქმედდეს პირველი დემონსტრაციული სინთეზური ელექტროსადგურები, რომლებიც ტექნოლოგიის პრაქტიკულ შესაძლებლობებს აჩვენებენ.

თუ ეს ეტაპი წარმატებით დასრულდება, 2040-იან წლებში შესაძლოა პირველი კომერციული პროექტებიც დაიწყოს. მიუხედავად ამისა, სპეციალისტები ხაზს უსვამენ, რომ ასეთი პროგნოზები შესაძლოა შეიცვალოს როგორც ტექნოლოგიური სირთულეების, ისე ახალი აღმოჩენების გამო.

როგორ შეიძლება „ხელოვნურმა მზემ“ მსოფლიო შეცვალოს?

თუ ბირთვული სინთეზი ფართოდ დაინერგება, მისი გავლენა შეიძლება ისეთივე მნიშვნელოვანი აღმოჩნდეს, როგორიც თავის დროზე ორთქლის ძრავას, ელექტროენერგიას ან ინტერნეტს ჰქონდა.

ქვეყნებს ნაკლები დამოკიდებულება ექნებათ ნავთობსა და ბუნებრივ აირზე, ენერგიის წარმოება უფრო სტაბილური და ეკოლოგიურად სუფთა გახდება, ხოლო მრეწველობა ახალი ტექნოლოგიური შესაძლებლობების წინაშე აღმოჩნდება.

გარდა ამისა, ენერგიის ხელმისაწვდომობამ შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს წყალმომარაგებაზე, წყალბადის წარმოებაზე, მძიმე მრეწველობასა და კოსმოსურ ტექნოლოგიებზეც.

არის თუ არა „ხელოვნური მზე“ მომავლის ენერგია?

დღეს ამ კითხვაზე ერთმნიშვნელოვანი პასუხი ჯერ არ არსებობს.

მეცნიერები უკვე ამტკიცებენ, რომ ბირთვული სინთეზი ფიზიკურად შესაძლებელია. ახლა მთავარი ამოცანაა მისი ეკონომიკურად მომგებიან და საიმედო ტექნოლოგიად გადაქცევა.

თუ ეს მოხდება, კაცობრიობა პირველად ისტორიაში მიიღებს ენერგიის წყაროს, რომელიც ერთდროულად იქნება მძლავრი, შედარებით უსაფრთხო და გარემოსთვის გაცილებით ნაკლებად დამაზიანებელი.

სწორედ ამიტომ ბევრი მეცნიერი ბირთვულ სინთეზს XXI საუკუნის ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან ტექნოლოგიურ გამოწვევად და, ამავე დროს, ყველაზე დიდ იმედად მიიჩნევს.

დასკვნა

კაცობრიობის ისტორია ყოველთვის ენერგიის ახალი წყაროების აღმოჩენასთან იყო დაკავშირებული. ცეცხლმა ადამიანებს ცივ გარემოში გადარჩენის საშუალება მისცა, ორთქლის ძრავამ ინდუსტრიული რევოლუცია დაიწყო, ელექტროენერგიამ კი თანამედროვე ცივილიზაციის საფუძველი შექმნა.

დღეს მეცნიერები კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაბიჯის გადადგმას ცდილობენ — ბუნების ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი პროცესის, ბირთვული სინთეზის, უსაფრთხოდ დამორჩილებას.

„ხელოვნური მზე“ არ არის მზის ასლი და არც სამეცნიერო ფანტასტიკა. ეს არის რეალური სამეცნიერო მიმართულება, რომელსაც მსოფლიოს წამყვანი კვლევითი ცენტრები ათწლეულებია ავითარებენ. მიუხედავად იმისა, რომ კომერციულ გამოყენებამდე ჯერ კიდევ არაერთი ტექნოლოგიური ბარიერია გადასალახი, მიღწეული პროგრესი აჩვენებს, რომ იდეა მხოლოდ თეორიად აღარ რჩება.

შესაძლოა, უახლოეს ათწლეულებში ბირთვული სინთეზი გახდეს ის ტექნოლოგია, რომელიც ენერგიის წარმოებას სრულიად ახალ ეტაპზე გადაიყვანს. თუ ეს მოხდება, მომავალი თაობები ელექტროენერგიას მიიღებენ იმავე ფიზიკური პროცესისგან, რომელიც უკვე მილიარდობით წელია ანათებს მზეს.

სტატიაში გამოყენებული ფოტოები აღებულია Wikimedia Commons-დან და წარმოადგენს საჯარო მასალას.

თუ სტატია თქვენთვის საინტერესო იყო, გაუზიარეთ მეგობრებს და დატოვეთ კომენტარი.