Το πείραμα της σύντηξης απογοήτευσε

Από σελίδα του BBC, 25 Ιουλίου 2002

Η ιδέα ότι θα μπορούσαμε να φτιάξουμε αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης, που να στηρίζονται στις εξαιρετικά ασυνήθιστες μεγάλες πιέσεις και θερμοκρασίες στο εσωτερικό μικροσκοπικών φυσαλίδων που καταρρέουν μέσα σε ένα υγρό, έχει υποστεί ένα σοβαρό χτύπημα.

Όλοι οι νέοι υπολογισμοί αποκλείουν να είναι σωστή η αμφισβητούμενη πρόταση, που έγινε στις αρχές του τρέχοντος έτους από ερευνητές των ΗΠΑ και της Ρωσίας.

Οι ερευνητές αυτοί πυροδότησαν ηχητικά κύματα μέσω υγρής ακετόνης, αναγκάζοντας έτσι να σχηματισθούν μικρές φυσαλίδες μέσα στο υγρό και ύστερα να καταρρεύσουν σε θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών, ώστε να παραγάγουν μικρές λάμψεις του φωτός.

Το φαινόμενο αυτό στηρίζεται στην ηχοφωταύγεια, η οποία είναι ένα καλά μελετημένο φαινόμενο και το οποίο αποτελεί ένα αναγνωρισμένο πεδίο έρευνας. Στο φαινόμενο αυτό ισχυρά ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν σε μια δεξαμενή υγρού προκαλούν την δημιουργία μιας ή περισσότερων φυσαλίδων οι οποίες στη συνέχεια καταρρέουν δημιουργώντας βραχύβιους φωτεινούς παλμούς.

Ο ισχυρισμός τους ήταν ότι οι ατομικοί πυρήνες θα μπορούσαν να συντηχθούν κάτω από αυτές τις συνθήκες, αποδεσμεύοντας κολοσσιαία ποσά ενέργειας, ακριβώς όπως συμβαίνει στον ήλιο.

Αλλά μια νέα έρευνα που έγινε από τους Kenneth Suslick και Yuri Didenko, του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις στο Urbana-Champaign, προτείνει τώρα ότι οι θερμοκρασίες μέσα σε μια απλή συμπιεσμένη φυσαλίδα βρίσκονται αρκετά εκατομμύρια βαθμούς χαμηλότερα, από ό,τι απαιτείται για την σύντηξη.

Εάν αυτό επιβεβαιωθεί, θα είναι μια απογοήτευση. Η επιστήμη ψάχνει απελπισμένα για μια πρακτική προσέγγιση της σύντηξης,  που θα εξάλειφε την ανάγκη να χρησιμοποιηθεί η διαδικασία διάσπασης των πυρήνων, που ελευθερώνει δυστυχώς επικίνδυνα πυρηνικά απόβλητα, αλλά έχει υιοθετηθεί την περίοδο αυτή στους παγκόσμιους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Μεγάλη ενέργεια

Ήταν τον περασμένο Μάρτιο που ο Rusi Taleyarkhan και οι συνάδελφοι του από το Εθνικό Εργαστήριο του Όουκ Ριτζ στο Tennessee και το Πολυτεχνικό Ίδρυμα Rensselaer στη Νέα Υόρκη, ανέφεραν αυτό το πείραμα σύντηξης που έκαναν.

Ισχυρίστηκαν ότι με την πυροδότηση ισχυρών ηχητικών κυμάτων μέσω της υγρής ακετόνης θα μπορούσαν να κάνουν τις μικροσκοπικές φυσαλίδες να διασταλούν και ύστερα να σκάσουν, παράγοντας λάμψεις φωτός και θερμοκρασίες που φθάνουν σε εκατομμύρια βαθμών Κελσίου. Το πείραμα του Taleyarkhan έγινε με υγρό ακετόνης στο οποίο το κανονικό υδρογόνο αντικαταστάθηκε με δευτέριο.

Το φαινόμενο, γνωστό ως "ηχοφωταύγεια", έχει παρατηρηθεί από καιρό, αλλά η ομάδα του Taleyarkhan ήταν η πρώτη που ισχυρίστηκε ότι οι συνθήκες μέσα σε αυτές τις "σπηλαιώδεις" φυσαλίδες θα μπορούσαν να προκαλέσουν την σύντηξη των βαρέων πυρήνων υδρογόνου. Και απαίτησαν την παρουσία τριτίου και υπερβολικών νετρονίων ως απόδειξη ότι η τήξη είχε εμφανιστεί στο πείραμά τους.

Αλλά όταν στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις η ομάδα Urbana-Champaign εξέτασε από κοντά τι συνέβαινε στο εσωτερικό των μεμονωμένων φυσαλίδων, είπε ότι διαπίστωσε ότι οι χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των φυσαλίδων, σχεδόν βέβαια,  δεν δημιουργούσαν την ενέργεια που απαιτείται για να οδηγήσουν σε ένα γεγονός σύντηξης.

Αμφισβητούμενη έρευνα

Ο καθηγητής Suslick του Ιλλινόις τόνισε ότι μερικοί ερευνητές έχουν προτείνει ότι οι συνθήκες μέσα σε μια σπηλαιώδη φυσαλίδα είναι αρκετά θερμές και έχουν αρκετά υψηλή πίεση ώστε να παραγάγουν την πυρηνική σύντηξη.

"Αλλά έχουμε δείξει ότι η χημεία που εμφανίζεται μέσα σε μια καταρρέουσα φυσαλίδα, περιορίζει την διαθέσιμη ενέργεια κατά τη διάρκεια της δημιουργίας της κοιλότητας".

Αντί των εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου που απαιτούνται για να οδηγήσουν ένα γεγονός σύντηξης, ο καθηγητής Suslick είπε ότι η θερμοκρασία μέσα στις σπηλαιώδεις φυσαλίδες έφθανε μόνο 15-20.000 Κελσίου.

Η αρχική έρευνα του Taleyarkhan πέρασε από μια εξαντλητική περίοδο παρόμοιας ανασκόπησης πριν δημοσιευτεί στο περιοδικό Science.

Εντούτοις, τόση ήταν η διαμάχη την ίδια περίοδο και οι αξιώσεις ότι το πείραμα μπορεί να μην είχε πετύχει, που το Science δημοσίευσε επίσης  ταυτόχρονα και το υλικό που επέκρινε την έρευνα.

Η νέα εργασία του καθηγητή Suslick, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.

Ηχοφωταύγεια

Η ηχοφωταύγεια είναι το παράξενο φαινόμενο της εκπομπής φωτεινής ακτινοβολίας από ένα υγρό το οποίο περιέχει διαλυμένα αέρια και υποβάλλεται σε δονήσεις με υπερήχους. Αν η ένταση των υπερήχων είναι αρκετά μεγάλη, τότε στη μάζα του υγρού λαμβάνει χώρα ένα φαινόμενο "σπηλαίωσης". Η θερμοκρασία των παραγομένων μικροσκοπικών φυσαλίδων του αερίου είναι πολύ μεγάλη, με αποτέλεσμα οι φυσαλίδες να γίνονται διάπυρες (να φωτοβολούν).

Η προέλευση της ηχοφωταύγειας είναι ένα από τα μεγάλα μυστήρια στη φυσική. Σε ένα χαρακτηριστικό πείραμα ηχοφωταύγειας, η φυσαλίδα μπορεί να επεκταθεί σε ένα μέγεθος μέχρι 50μm και έπειτα να καταρρεύσει σε μια ακτίνα λιγότερο από 1μm, περίπου μέσα σε 50μsec. Εκπέμπονται δε σύντομες λάμψεις φωτός μέσα σε αυτήν την ελάχιστη ακτίνα