Fusioaren arrastorik?

Erregai fosilak ez dira betiko izango. Petrolioa eta ikatza luzaroan erre ditugu eta noizbait bukatuko dira. Petrolioa bukatzear zegoelakoan, adibidez, energiaren esparruan krisialdiak izan dira. Hala ere, sakonago edo hobeto bilatuta beti aurkitu da beste iturriren bat orain arte; baina, gure kontsumoa geroz eta handiagoa denez, noiz arte luzatuko da egoera hori? Batzuek esaten dute 2200. urtearen inguruan agortuko dugula erregai fosila.

Bi erregai-mota alternatibo nagusi daude: energia berriztagarriak eta nuklearra. Berriztagarriak (eguzki-energia, haizearena, energia hidrotermala eta abar) ingurumenaren ikuspuntutik ezin hobeak dira, eta, horregatik, diru asko inbertitzen da teknologia horretan. Dena dela, berriztagarriak oraindik ez daude gure gizartearen kontsumoari aurre egiteko prest. Beraz, herri askotan energia nuklearraren aldeko apustu garbia egin da.

Fisioa eta fusioa

Energia nuklearra erabiltzea konponbide ona da? Eztabaida pil-pilean dago, ikuspuntu batetik argi dagoelako baietz, eta beste batetik argi ezetz. Zentral nuklearren bitartez, gure kontsumorako behar dugun energia baino gehiago ekoitz daiteke, baina prozesuan parte hartzen duten produktuak eta sortzen dituen hondakin erradioaktiboak oso arriskutsuak dira. Dena dela, energia nuklearrez hitz egiten dugunean, oro har, fisio nuklearrari buruz ari gara. Baina beste prozesu nuklear bat badago, fusioa alegia. Zer dira bi horiek?

Biek atomoaren nukleoarekin dute zerikusia. Fisioa nukleo oso handiak 'puskatzea' da. Horregatik, uranioa izaten da prozesu horretarako lehengaia, naturan dagoen atomorik handiena delako. Dena dela, uranio-nukleo guztiak ez dira erraz fisionatzen: isotopo erradioaktiboak ezinbestekoak dira prozesu hori gauzatzeko. Uranioa isotopo horietan 'aberastu' egiten da, beraz. Beste irtenbide bat uranioa baino atomo astunagoak artifizialki egitea da, plutonioa adibidez. Plutonioaren isotopo guztiak dira erradioaktiboak; bonba atomikoak egiteko elementu aparta da. Elektrizitatea ekoizteko zentraletan, ordea, arazo handiak ditu fisioak, batez ere erreaktoretik ateratzen diren hondakinak ere erradioaktiboak direlako.

Fisio nuklearra zentraletan erabiltzeak segurtasun- eta hondakin-arazo asko ekartzen ditu.

Fusioa aurkako prozesua da, hau da, bi atomo txikiren nukleoak elkartu eta 'batzea' da. Prozesu horrek askatzen duen energia fisioarena baino askoz handiagoa da; horrez gain, arriskutsu ez diren atomo txikiak ditu lehengai, hidrogenoaren isotopo batzuk, alegia. Hidrogeno-mota horri deuterio deritzo eta itsasoan oso ugaria da. Dena dela, fusioa eragiteko izugarrizko energia eman behar zaio aurretik. Horren ondorioz lortzen den kantitatea askoz handiagoa da, baina prozesua aktibatzeko ere energia asko behar da. Adibidez, Bigarren Mundu Gerraren ostean garatu ziren hidrogeno-bonbak (hau da, fusio-bonbak) 'martxan jartzeko' fisio-bonba txiki bat erabili behar izaten zen. Horrek esan nahi du H bonba leherrarazteko Hiroshiman bota zen bezalako beste bonba batetik hartu behar duela aktibazio-energia.

Energiaren ikerketa

Hori dela eta, ez zegoen fusioa ustiatzeko modurik elektrizitatea ekoizteko. Fusioa kontrola daitekeen tenperaturan eragiterik balego, ohiko zentral nuklearren arazoa konpon liteke. Proiektu askok dute zerikusia ikerketa horrekin: JET Europako Batasunean, JT-60U Japonian eta NOVA, TFTR eta DIII-D Estatu Batuetan.

1985ean, Sobietar Batasunak fusioa ikertzeko nazioarteko proiektu bat egitea proposatu zuen. ITER izeneko proiektu hori Europako Batasunarekin, Japoniarekin eta Estatu Batuekin batera jarri zuten martxan. Garai hartako ikerketen hurrengo urrats logikoa ikertzea zen helburua: plasmaren tenperatura altuko fisika aztertzea erreaktore handien eskalan. Proiektua oraindik martxan dago. Lortutako emaitzen arabera, fusioa eragiteaz gain, elektrizitatea ekoizteko egokitzea espero dute.

Leherketa atomikoa.

1992an Kanada eta Kazakhstan ere sartu ziren proiektuan Europa eta Errusiaren eskutik (Sobietar Batasuna ordurako desagertuta zegoen), hurrenez hurren. Estatu Batuek proiektua utzi egin zuten 1999ko bukaeran.

Oro har, fusioa eragiteko hiru estrategia probatu dira. Aktibazio-energia handia nukleoen arteko aldarapen-indarrak gainditzeko da; nukleoak positiboki kargatuta daude eta oso zaila da talka eginaraztea, nolabait 'behartu' egin behar zaie toki berera joateko. Hori lortzeko ohiko hiru moduak hauek dira: eremu magnetikoen, eremu grabitatorioen eta inertzia-momentuaren bidezkoak.

Eguzkiak, adibidez, hidrogeno-atomoak fusionatzen ditu bere eremu grabitatorioa oso handia delako. Hainbat esperimentuek 'laborategiko izarrak' sortzeko helburua izan dute. Beste batzuetan eremu magnetiko handiez kontrolatzen dira atomoak nukleoen talka eragin ahal izateko, eta, azkenik, inertziak eragindako presio handiaren bitartekoak ere izan dira.

Hiru esperimentu-mota horietan atomoak plasma-egoeran egoten dira, hau da, partikula kargadunen fluido moduan. Plasmak elektrizitatea eroaten du eta, gainera, eremu magnetikoen bitartez kontrola daiteke. Azken ikerketaren berri izan baino lehen, fusioa eragiteko egoera hori bakarrik hartzen zen egokitzat.

Fusioa eragiteko diseinatu den azken esperimentuaren eskema.

Science

Esperimentu harrigarriak

1989an fusio hotza (laborategian egiteko moduko tenperaturan) eragitea lortu zuela iragarri zuten Martin Fleischmann eta Stanley Pons fisikariek. Iragarpena ez zen egin argitalpen zientifikoetan, ohiko komunikabideetan baizik. Gainera, esperimentua ezin izan zen berriz egin, eta, ondorioz, ikerketa hori porrot handitzat hartu zen.

Martxoan, fusio hotza eragiteko esperimentu baten berri eman du Science aldizkariak. Oak Ridge laborategiko Rusi Taleyarkhan fisikari estatubatuarrak hidrogenoa izan ordez deuterioa duen azetona zilindro-itxurako ontzi batean sartu eta soinu-uhinen bitartez bonbardatu zuen. Aldi berean, abiadura handiko neutroi-sorta batez ere bonbardatu zuen. Horrela, milimetro bateko diametroko burbuilak sortu ziren, eta, burbuila horien elkarrekintzetan, deuterioek elkarrekin talka egin zuten; ustez, fusioa gertatu zen. Teknika horri kabitazio akustikoa deritzo, eta ez dauka aurretik erabilitako teknikekin zerikusirik.

Azken esperimentua argitaratu den Science aldizkariko zenbakia.

Bi deuterio-atomok, fusioz, helio-atomo bat eta neutroi bat sortzen dituzte. Baina ez da hori zientzialariek ikusi dutena. Izan ere, prozesu berean tritioa eta protoiak ere sor daitezke, fusiorik gertatu gabe, ordea. Ikertzaileek neutroiak eta tritioa sortu direla diote, hau da, bi erreakzioak gertatu direla, eta, beraz, fusioa gertatu dela iragarri dute.

Esperimentuaren produktuetako bat neutroiak izan dira, baina bestea, tritioa. Beraz, galdera airean gelditu da. Fusioa benetan gertatu da edo tritioa besterik ez da sortu?

Science aldizkariko editoreek artikulua argitaratzea erabaki dute. Sinisten dute, beraz, fusioa benetan gertatu zela? Aldizkari horrek (ikerketa-aldizkari guztiek bezala) ez du artikulurik argitaratzen esparru horretako adituen epaiketarik gabe. Fusioaren artikuluarekin hala egin du Science aldizkariak.

Aditu horiek eskatu zuten neutroiak detektagailu zehatzago batekin detektatzea. Orduan, Dan Shapira eta Michael Saltmarsh fisikari estatubatuarrak saiatu ziren Taleyarkhanen esperimentua berriz egiten detektagailu horrekin, eta ez zuten neutroirik detektatu. Fusiorik ez dela gertatzen ondorioztatu zuten. Baina beste zientzialari batzuek kritika asko egin dizkiote azken esperimentu horri ere.

Science aldizkarian fusio hotzaren berri ematea erabaki zen, eta erabaki hori editorialean justifikatzen da. Donald Kennedy editoreak sortu den eztabaida azaltzen du. Eztabaida hori onartuta, editoreen ustez horrelako ikerketen berri eman behar dela eta kasu horietan irizpideek ez dutela oso zorrotzak izan behar defendatu du.

Science -k esan du; baina eztabaida bizirik dago.

Eguzkiak badaki nola egin

Izarretan fusioa erraz gertatzen da. Izan ere, hidrogeno-kantitate handiak dituzte erregai, eta pixkanaka, beste elementu atomikoak sortzen dira 'erreaktore' handi horietan. Proportzioan gehien gertatzen den fusio-erreakzioan, hidrogeno-atomoetatik abiatuta helioa sortzen da.

Hidrogenotik abiatuz helioa lortzeko bide horretan hiru fusio-erreakzio gertatzen dira:

Lehenengoan bi protoi elkartuta, deuterio-nukleo bat sortzen da, hau da, protoi neutroi egitura. Horrek esan nahi du protoi bat neutroi bihurtu dela; prozesu hori orekatu egiten da positroi bat eta energia askatzen direlako. Azken batean, materia puska bat energia bihurtu da.

Argazki hau ongi ikusteko jo ezazu PDF-ra.

Lehen erreakzioan eratutako deuterioak beste protoi batekin erreakzionatzen du bigarrenean helio-3 atomoaren nukleo bat osatzeko. Prozesu horretan ere energia askatzen da, bero- eta erradiazio-eran (gamma izpiak). Helio-3 ez da helioaren isotopo egonkorrena, baina prozesua ez da hor eteten. Hirugarren erreakzioan bi helio-3 nukleoen arteko berrantolaketa gertatzen da, helio-4 bakarra, bi protoi eta energia emateko.

Hiru prozesuetan askatzen da energia. Kontuan hartu behar da hirugarren erreakzioa gertatzeko aurreko biek bina aldiz gertatu behar izan dutela. Gehiena energia termikoa da, baina gamma erradiazioa ere sortzen da. Energia hori materiatik eratorria da, Einstein-en erlatibitatearen teoria bereziak iragarrita bezala.

E = mc ²

Formula horren bidez, erraz kalkula daiteke gramo bat materiak, energia bihurtzen denean, 9 x 10-13 joule askatzen dituela.

E = (10 ^-3 kg) (3 x 10 ⁸ m/s ² ) ² = 9 x 10 ^-13 joule

Zenbaki hori interpretatzen zaila bada ere, beste konparazio batzuen bitartez ondo ikusten da energia-kantitate itzela dela. Fusioa deuteriotik abiatuta egingo bagenu eta deuterio hori itsasoko uretakoa balitz, 50 edalontzi itsasoko urek 2 tona ikatz erretzearen adinako energia emango lukete.

Energia-kantitateak proportzio horietan ekoizten dira Eguzkian eta horren antzeko izarretan. Baina laborategian, zientzialariek fusioa deuterio eta tritio atomoetatik abiatuta eragiten saiatu dira urtetan. Esan bezala, deuterioa itsasoko uretan dago, eta tritioa litio metaletik lor daiteke, neutroiez bonbardatuz gero.

Orain, Oak Ridge laborategiko esperimentuan, aldiz, azetona deuteratutik abiatu dira fusioa eragiteko. Lortu badute ere, deuteriotik eta tritiotik abiatuta lortzen dena baino askoz energia gutxiago ekoitzi dute, laurdenaren inguru, gutxi gorabehera.