Η εποχή της ατομικής ενέργειας

Όταν ακούμε το όνομα του Einstein, οι περισσότεροι από εμάς φέρνουμε στο μυαλό μας την περίφημη σχέση E = mc2, αυτή που προβλέπει ότι μάζα και ενέργεια είναι ισοδύναμες ποσότητες με συντελεστή αναλογίας την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο.
Την εποχή που δημοσιεύθηκε αυτό το αποτέλεσμα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, τον Σεπτέμβριο του 1905, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να αντιληφθούν τις συνέπειες που θα είχε στον τεχνολογικό πολιτισμό μας. Όταν όμως έγινε πλήρως κατανοητή η δομή του ατόμου, στις αρχές της δεκαετίας του 1930, πολλοί επιστήμονες της εποχής σκέφθηκαν ότι η περίφημη εξίσωση του Einstein προέβλεπε μία νέα μέθοδο παραγωγής ενέργειας, με απίστευτη απόδοση.
Αν καταφέρουμε να «εξαφανίσουμε» 1 γραμμάριο ύλης, θα πάρουμε ενέργεια 25 εκατομμύρια κιλοβατώρες, περισσότερη από όση παράγουν σε 1 ώρα όλα τα εργοστάσια ηλεκτρισμού στην Ελλάδα!
Αλλά πώς μπορούμε να «εξαφανίσουμε» μια ποσότητα ύλης; Η απάντηση είναι: με πυρηνικές αντιδράσεις. Οι πυρήνες των χημικών στοιχείων αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια, αλλά η μάζα του κάθε πυρήνα δεν είναι απλά το άθροισμα των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων του. Για παράδειγμα ο πυρήνας του ουρανίου-235, που έχει 235 πρωτόνια και νετρόνια, έχει μεγαλύτερη μάζα από δύο πυρήνες με τον ίδιο συνολικό αριθμό πρωτονίων και νετρονίων.
Αν καταφέρναμε λοιπόν να τον «σχίσουμε» στα δύο, θα είχαμε «εξαφανίσει» ποσότητα ύλης ίση με τη διαφορά της μάζας του πυρήνα του ουρανίου από το άθροισμα των μαζών των δύο μικρότερων πυρήνων. Στα μέσα της δεκαετίας του 1930 γνωρίζαμε μάλιστα πώς μπορούσε «να δουλέψει» αυτή η διαδικασία: με τη μέθοδο της αλυσιδωτής σχάσης. Αν «χτυπήσουμε έναν πυρήνα ουρανίου-235 με ένα νετρόνιο, θα πάρουμε έναν πυρήνα κρυπτού-92, έναν πυρήνα βαρίου-141 και 3 νετρόνια.
Το καθένα από αυτά «χτυπάει» τρεις πυρήνες ουρανίου-235 και παράγονται 9 νετρόνια, τα οποία «χτυπούν» εννέα πυρήνες ουρανίου-235 και παράγουν 27 νετρόνια κ.ο.κ. Όταν αφήσουμε αυτήν τη διαδικασία ανεξέλεγκτη, έχουμε μία έκρηξη ατομικής βόμβας, σαν και αυτήν που κατέστρεψε τη Χιροσίμα. Αν όμως μπορούσαμε να «συλλάβουμε» τα δύο από τα τρία νετρόνια, τότε θα είχαμε μια ομαλή διαδικασία διάσπασης και θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την ατομική ενέργεια για επωφελείς και όχι για καταστροφικούς σκοπούς.
Η ιδέα για τον τρόπο «σύλληψης» των νετρονίων που περισσεύουν είναι σχετικά απλή: βάζουμε ανάμεσα στο ουράνιο-235 ράβδους από ένα στοιχείο που απορροφάει τα νετρόνια, και τις ανεβοκατεβάζουμε μέχρι να πετύχουμε την ομαλή παραγωγή ενέργειας με σταθερό ρυθμό. Αυτός είναι ένας ατομικός (σωστότερα πυρηνικός) αντιδραστήρας.
Ο πρώτος ατομικός αντιδραστήρας αυτής της μορφής κατασκευάστηκε στο πανεπιστήμιο του Σικάγου στα τέλη του 1942. Έπειτα από έναν χρόνο προσπαθειών, στις 2 Δεκεμβρίου 1943, μια μέρα σαν και σήμερα πριν από 75 χρόνια, επιτεύχθηκε για πρώτη φορά η ομαλή λειτουργία του. Έτσι άνοιξε ο δρόμος για την παραγωγή ενέργειας από ατομικούς αντιδραστήρες, η οποία κινεί τα εργοστάσια ηλεκτρισμού και τα υποβρύχια σε κατάδυση, αλλά κάνει και δυνατές τις διαστημικές αποστολές στους απομακρυσμένους πλανήτες.

*Δημοσιεύθηκε στη "ΜτΚ" στις 2 Δεκεμβρίου 2018   του Χ. Βάρβογλη καθηγητή ΑΠΘ