Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο χημικό στοιχείο στη φύση. Χαρακτηρίζεται από ένα μόνο πρωτόνιο στον πυρήνα του και ένα μόνο ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω του, αν και συνυπάρχουν τρία διαφορετικά ισότοπα. Το πιο άφθονο στο Σύμπαν είναι το πρώτιο και ξεχωρίζει επειδή δεν έχει νετρόνια στον πυρήνα του. Το δευτέριο, ωστόσο, έχει ένα νετρόνιο. Και το τρίτιο έχει δύο νετρόνια στον πυρήνα του. Τα δύο πρώτα, το πρώτιο και το δευτέριο, είναι σταθερά, ενώ το τρίτιο είναι ένα ελαφρώς ραδιενεργό χημικό στοιχείο.
Επιπλέον, το τελευταίο είναι εξαιρετικά σπάνιο. Παράγεται φυσικά στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας λόγω της αλληλεπίδρασης των κοσμικών ακτίνων και των πυρήνων των ατμοσφαιρικών αερίων, αλλά η παραγωγή του είναι ιδιαίτερα περιορισμένη. Στην πραγματικότητα, μόνο μερικά κιλά παράγονται στη γήινη ατμόσφαιρα ετησίως. Τόσο λίγα, μάλιστα, που οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μπορούμε να τα μετρήσουμε στα δάκτυλα των χεριών μας.
Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι όλο το τρίτιο που είναι διαθέσιμο στον πλανήτη μας δεν είναι φυσικής προέλευσης. Οι ατμοσφαιρικές πυρηνικές δοκιμές μεταξύ του τέλους του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου και της δεκαετίας του 1980 απελευθέρωσαν μερικές δεκάδες κιλά αυτού του ισοτόπου στους ωκεανούς, ενώ οι πυρηνικοί αντιδραστήρες CANDU, εγκαταστάσεις με βαρύ νερό υπό πίεση που αναπτύχθηκαν στον Καναδά, το παράγουν επίσης. Κάθε αντιδραστήρας ισχύος 600 MW παράγει περίπου 100 γραμμάρια τριτίου ετησίως, οπότε η ετήσια παγκόσμια παραγωγή του είναι περίπου 20 κιλά.
Ο ITER (Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας), ο πειραματικός αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης που κατασκευάζει μια διεθνής κοινοπραξία υπό την ηγεσία της Ευρωπαϊκής Ένωσης στη γαλλική πόλη Cadarache, θα χρησιμοποιεί ως καύσιμο δύο ισότοπα υδρογόνου: το δευτέριο και το τρίτιο. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι οι μηχανικοί αυτού του αντιδραστήρα σύντηξης έχουν σχεδιάσει ένα σύστημα που θα του επιτρέψει να είναι αυτάρκης σε τρίτιο, το οποίο, όπως μόλις είδαμε, είναι το σπανιότερο στοιχείο.
Η λύση τους είναι πολύ έξυπνη: το τρίτιο θα αναγεννάται στα τοιχώματα του αντιδραστήρα, επειδή ο μανδύας θα είναι επικαλυμμένος με λίθιο. Το τελευταίο όταν αλληλεπιδρά με το νετρόνιο υψηλής ενέργειας που απελευθερώνεται από την αντίδραση σύντηξης δευτερίου-τριτίου, δημιουργεί έναν πυρήνα τριτίου. Οι Φυσικοί και οι μηχανικοί του ITER εξακολουθούν να εργάζονται πάνω στο σύστημα ανατροφοδότησης του αντιδραστήρα με τρίτιο, αλλά η στρατηγική που έχουν κατά νου φαίνεται αρκετά πειστική.
Σε αντίθεση με το τρίτιο, το δευτέριο είναι πολύ πιο άφθονο. Στην πραγματικότητα, μπορεί να εξαχθεί από το θαλασσινό νερό, αν και μέχρι στιγμής η διαδικασία απομόνωσης του είναι πολύπλοκη και δαπανηρή, διότι, μεταξύ άλλων, απαιτεί εργασία σε θερμοκρασία περίπου -200° C. Όπως μπορούμε να φανταστούμε, η πραγματοποίηση αυτής της διαδικασίας σε τόσο χαμηλή θερμοκρασία καθιστά πολύ δύσκολη τη μετάβαση της στον βιομηχανικό τομέα. Τα καλά νέα είναι ότι ο Knut Asmis, καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο της Λειψίας, και αρκετοί ερευνητές με τους οποίους συνεργάζεται έχουν αναπτύξει μια πολύ πιο αποτελεσματική μέθοδο.
Συγκεκριμένα, προτείνει τη χρήση, αντί για καθαρά ιόντα χαλκού, μιας μη καθαρής και πορώδους μορφής αυτού του χημικού στοιχείου που, όταν συνδέεται με μόρια νερού, έχει την ικανότητα να απομονώνει το δευτέριο που περιέχουν. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για μια βελτίωση του συστήματος που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα, η οποία έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα: μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασία δωματίου και, ως εκ τούτου, απαιτεί πολύ λιγότερη ενέργεια. Εάν η τεχνολογία αυτή αποδείξει την αξία της εκτός εργαστηρίου και μπορέσει να αναπτυχθεί σε βιομηχανική κλίμακα, το καύσιμο που πρέπει να αναπτυχθεί για να καταστεί βιώσιμη η εμπορική ενέργεια σύντηξης δεν θα αποτελεί πλέον πρόβλημα!
[via]
VIA: TechGear.gr
