Υπερσύγχρονη Τεχνολογία στην υπηρεσία της Αρχαιολογίας.

Μιά σημαντική εφαρμογή του πλάσματος.

Η πλασματική κατάσταση, γνωστή ως τέταρτη φάση-κατάσταση της ύλης, αποτελεί ερευνητικό και επιστημονικό ζήτημα αιχμής τα τελευταία πενήντα χρόνια. Το ενδιαφέρον για το πλάσμα ξεκινά από την κατανοητή επιθυμία της επιστήμης να γνωρίσει  τη φύση και τους νόμους τής πιο ενεργειακής φάσης του υλικού κόσμου (το πύρ κατά τον Ηράκλειτο), το οποίο πληροί το 99% του σύμπαντος.

     Όμως, πέραν από το καθαρά επιστημονικό ενδιαφέρον, το πλάσμα συνάντησε την πρόκληση της θερμοπυρηνικής σύντηξης, με αποτέλεσμα να αναχθεί στο κορυφαίο σύγχρονο επιστημονικό ζήτημα. Η πυρηνική σύντηξη ως γνωστό, αναμένεται να πάρει την εμπορική - εκμεταλλεύσιμη μορφή της  μέσα στον θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα τύπου ΤΟΚΑΜΑΚ, όπου η υψηλή θερμοκρασία του πλάσματος δευτερίου θα δώσει τις πυρηνικές συντήξεις με την ταυτόχρονη έκλυση τεραστίων ποσών ενέργειας. Πρόκειται για την τελική λύση του ενεργειακού ζητήματος, χρησιμοποιώντας το δευτέριο, που άφθονο βρίσκεται στο θαλασσινό νερό.

a

α

aaa

Βίντεο για τον θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα τύπου ΤΟΚΑΜΑΚ (στα Αγγλικά).

 a

a

     Οι εφαρμογές του πλάσματος δεν περιορίζονται μόνο στη πυρηνική σύντηξη. Ας αναφερθούν εδώ μερικές απ΄ αυτές, όπως οι μαγνητοϋδροδυναμικές γεννήτριες, οι παλμοί πλάσματος, οι ενισχυτές πλάσματος κ.ά.. Αφήσαμε όμως τελευταία την εφαρμογή του πλάσματος στον καθαρισμό και τη συντήρηση των αρχαίων αντικειμένων, που έχει ιδιαίτερη σημασία για την χώρα μας, μιας και έχει να καθαρίσει και να αναστηλώσει πλήθος ευρημάτων.

Συσκευή πλάσματος σε πλήρη λειτουργία στο εργαστήριο Φυσικής του πλάσματος στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. "Δημόκριτος".

     Το Εργαστήριο Φυσικής του πλάσματος στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. “Δημόκριτος” είναι το μοναδικό εργαστήριο πλάσματος στη χώρα μας, καλά εξοπλισμένο και έχει ηλικία την ίδια με την ηλικία του ιδίου του πλάσματος. Εκτός από τις μελέτες, που έχουν διεξαχθεί κατά καιρούς πάνω στη φύση και τη συμπεριφορά του πλάσματος (αστάθειες του πλάσματος, αγωγιμότητα, κύματα ολίσθησης, μη γραμμικά κυματικά φαινόμενα κ.λπ.), τα τελευταία είκοσι χρόνια εφαρμόζεται επιτυχώς η επεξεργασία των στερεών αντικειμένων με πλάσμα, έτσι ώστε σήμερα να έχει συσσωρευτεί αρκετή τεχνογνωσία πάνω στην συντήρηση των αντικειμένων.

     Συγκεκριμένα: στο εργαστήριο μας έχει αναλυθεί θεωρητικά και έχει γίνει κατανοητό το πώς αντιδρά το πλάσμα με τις διάφορες επιφάνειες που έρχεται σε επαφή, είτε είναι διαβρωμένες, είτε όχι. Πλήθος πειραμάτων επιβεβαιώνουν τις περισσότερες φορές τις προβλέψεις μας και αν τα αποτελέσματα είναι κάποτε μή προβλεπόμενα, τότε δεν έχουμε παρά να αναζητήσουμε την αιτία της απόκλισης αυξάνοντας έτσι την εμπειρία μας. Στο εργαστήριο διαθέτουμε δύο διατάξεις - αντιδραστήρες παραγωγής πλάσματος μέσα στις οποίες επεξεργάζονται τα αντικείμενα.

 

Σχηματική διάταξη συσκευής επεξεργασίας με πλάσμα.

  Μία από τις ιδέες μας ήταν να εφαρμόσουμε εξωτερικά ηλεκτρικά ρεύματα, ώστε η επεξεργασία να γίνει ρυθμιζόμενη, εντονότερη και μαζική. Στο παρακάτω σχήμα  φαίνεται το σχετικό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Η εφαρμογή εξωτερικού ηλεκτρικού ρεύματος κατά την διάρκεια επεξεργασίας των αντικειμένων με πλάσμα.

    Τελευταία, συντάξαμε πίνακες επεξεργασίας, χρήσιμους για τους συντηρητές αρχαιοτήτων, ώστε να δίνεται λύση σε κάθε ξεχωριστή περίπτωση του κάθε αντικειμένου χωριστά.  Στις παρακάτω φωτογραφίες φαίνονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας με πλάσμα πάνω στα διαβρωμένα αντικείμενα.

Διαβρωμένος παληός μεντεσές και καρφί πριν και μετά την επεξεργασία τους με πλάσμα υδρογόνου.

    Η ερευνα προχωρεί, η τεχνολογία ομοίως επιδιώκει την κατασκευή φορητών αντιδραστήρων παραγωγής πλάσματος, ώστε να είναι δυνατή η επεξεργασία αντικειμένων μεγάλων και βαρέων, μή δυναμένων να μετακινηθούν. Μ΄ αυτό  τον τρόπο αποφεύγουμε τον κίνδυνο να καταστραφεί το αντικείμενο.

     Μπορούμε να ισχυριστούμε καταλήγοντας, ότι ενώ αρκετά έχουν ανακαλυφθεί και έχουν τεθεί στη διάθεση της συντήρησης των αρχαίων αντικειμένων, η έρευνα παραμένη ανοιχτή αναμένοντας νεώτερες ιδέες και τεχνικές.

  

Δρ Ξαπλαντέρης Κωνσταντίνος........

Δρ  Φιλιππάκη Ελένη..................

Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. “ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ”, Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ Η μη ρυπογόνος, φτηνή και οριστική λύση του ενεργειακού προβλήματος   Οι Έλληνες επιστήμονες καταξιώθηκαν και διαπρέπουν διεθνώς, τιμώνται με διεθνή βραβεία, προσφέρουν τα φώτα τους στην Διεθνή Επιστημονική Κοινότητα, ενώ οι εν Ελλάδι συνάδελφοί τους παλεύουν με αντίξοες συνθήκες, χωρίς σύγχρονα μέσα, εργαζόμενοι αθόρυβα, δημιουργώντας και προσφέροντας με μοναδικό κίνητρο την αιώνια αγάπη του Έλληνα για την Επιστήμη.         Τώρα που η Ευρώπη πλήττεται για πολλοστή φορά από την ενεργειακή κρίση, επιστήμονες από όλον τον κόσμο συγκεντρώθηκαν σε Eυρωπαϊκό έδαφος, συνενώνοντας τις δυνάμεις τους προς εξεύρεση λύσης, που είναι κοντά. Ο Κωνσταντίνος Ξαπλαντέρης, ο οποίος είναι πλασματικός φυσικός και επιστημονικός συνεργάτης του Εθνικού Κέντρου Ερευνών «Δημόκριτος», ασχολείται με εφαρμογές του πλάσματος. Η κυριότερη εφαρμογή του πλάσματος σήμερα, που σ’ αυτήν ελπίζουν οι Ευρωπαίοι ηγέτες, για να εξασφαλίσουν ενέργεια, είναι η θερμοπυρηνική σύντηξη, για την οποία και μίλησε στην «Ελεύθερη Έρευνα».                                                                                           Ο ερευνητής Κωνσταντίνος                                                                                                                Ξαπλαντέρης, φυσικός  και                                                                                                                επιστημονικός συνεργάτης                                                                                                                 του Εθν. Κέντρου Ερευνών                                                                                                                "Δημόκριτος" .      «E.E.»: Τι είναι η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη;      Η πυρηνική σύντηξη είναι η πυρηνική αντίδραση, κατά την οποία δύο ελαφροί πυρήνες συνενώνονται και σχηματίζουν έναν βαρύτερο πυρήνα, με ταυτόχρονη απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Με άλλα λόγια είναι μία πυρηνική διεργασία ακριβώς αντίθετη από την περισσότερο γνωστή μας «πυρηνική σχάση». Μια τέτοια προσέγγιση δύο ομωνύμων πυρηνικών φορτίων, ώστε να επέλθει η σύντηξή τους, απαιτεί θερμοκρασίες τόσο υψηλές (εκατό εκατομμύρια βαθμούς), που είναι αδύνατον να εξευρεθούν στην Γη, παρά μόνον εντός του πλάσματος.      «Ε.Ε»: Η σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο;      Θερμοπυρηνική σύντηξη γίνεται στον Ήλιο, παράγοντας τεράστια ποσά ενέργειας, που εκπέμπονται με την μορφή της ηλιακής ακτινοβολίας. Παρόμοιες συνθήκες, προσαρμοσμένες στις γήινες δυνατότητες, θα μας οδηγήσουν στην κατάκτηση της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης, που σύμφωνα με τους σχεδιασμούς θα επιτευχθεί πολύ σύντομα. Ενέργεια από το νερό των ωκεανών      «Ε.Ε.»: Πως θα μεταβληθεί το νερό των ωκεανών σε ενέργεια και πως θα χρησιμοποιηθεί ως αντίδοτο στην μόλυνση του περιβάλλοντος;      Η πυρηνική αντίδραση σύντηξης, που απαιτεί χαμηλότερη από τις υψηλές ούτως η άλλως θερμοκρασίες, είναι η αντίδραση δευτερίου – τριτίου.                                  To μεν δευτέριο (1H2) υπάρχει άφθονο στο θαλασσινό νερό και απομονώνεται εύκολα με ηλεκτρολυτικές μεθόδους (1 m3 θαλασσινό νερό περιέχει 34 gr δευτερίου). Το άλλο σωματίδιο, που αντιδρά, το τρίτιο (Η3), δεν υπάρχει ελεύθερο στην Φύση, αλλά μπορούμε να το παράγουμε, εάν με τα νετρόνια, που ελευθερώνονται από την σύντηξη, βομβαρδίσουμε πυρήνες λιθίου (Li), σύμφωνα με την αντίδραση:                                Το στοιχείο λίθιο υπάρχει άφθονο στην Φύση. Τώρα, όσον αφορά στην μόλυνση του περιβάλλοντος: Όταν μιλάμε για «πυρηνική μόλυνση», κυρίως αναφερόμαστε στην παραγωγή νετρονίων (n) . Όπως όμως φαίνεται από τις παραπάνω πυρηνικές αντιδράσεις, ενώ στην πρώτη παράγεται ένα νετρόνιο, αυτό μπορεί να δεσμευτεί στη δεύτερη αντίδραση, οπότε η παραγωγή της ενέργειας είναι απαλλαγμένη από πυρηνική μόλυνση. Άλλου είδους μόλυνση δεν εμφανίζεται κατά την λειτουργία της σύντηξης, άρα μπορούμε να ισχυριζόμαστε, πως πρόκειται για «καθαρή» ενέργεια μη επιβαρύνουσα το περιβάλλον.      «Ε.Ε.»: Ποιοί θα είναι οι βαθμοί απόδοσης; Θα καταναλώνουμε λιγότερη ενέργεια;      Ας αναφέρουμε πρώτα, πως λειτουργεί ένας σύγχρονος αντιδραστήρας σχάσης: Σε μια πυρηνική σχάση παράγεται μεγάλη ποσότητα νετρονίων (πυρηνική μόλυνση) αφήνοντας τον χώρο της αντίδρασης με πολύ μεγάλες ταχύτητες. Τα εξερχόμενα νετρόνια επιβραδύνονται σε «βαρύ ύδωρ», το οποίο θερμαίνεται, και έτσι παίρνουμε την ενέργεια μέσω θερμοδυναμικού κύκλου (ατμομηχανή), στον οποίον οι αποδόσεις είναι μικρές (15-30 %). Στην σύντηξη όμως δεν εξέρχονται νετρόνια, αλλά φορτισμένα σωματίδια (π.χ. πυρήνες ηλίου, τριτίου κ.λπ.), τα οποία, αφού προσπέσουν σε κατάλληλο ηλεκτρόδιο κυκλώματος, παρέχουν κατ’ ευθείαν ηλεκτρικό ρεύμα, χωρίς να μεσολαβήσει θερμοδυναμικός κύκλος. Οι αποδόσεις εδώ αναμένονται πολύ υψηλές (90%) περίπου.      Αν με το δεύτερο μέρος της ερώτησης εννοείται το κόστος της πρώτης ύλης για την πυρηνική αντίδραση της σύντηξης, ήδη προαναφέρθηκε, ότι οι πρώτες ύλες βρίσκονται άφθονες στην Φύση (θαλασσινό νερό). Το κόστος συνεπώς περιορίζεται στη συλλογή των πρώτων υλών και είναι πολύ-πολύ χαμηλό. Η σύντηξη δεν μολύνει το περιβάλλον      «Ε.Ε.»: Ποιά είναι η διαφορά μεταξύ πυρηνικής σχάσης και σύντηξης; Η σχάση είναι επέμβαση στην Φύση;      Το κοινό γνώρισμα των δύο αυτών πυρηνικών διαδικασιών είναι, ότι εμφανίζουν «έλλειμα μάζας» και συνεπώς παράγουν ενέργεια. Όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους έχουν αντίθετη συμπεριφορά: π.χ. κατά την σχάση ένας βαρύς πυρήνας διασπάται σε μικρότερους. Αντίθετα κατά την σύντηξη δύο ελαφροί πυρήνες συνενώνονται- συντήκονται σε έναν βαρύτερο πυρήνα. Η σχάση μολύνει το περιβάλλον, κυρίως με το πλήθος των νετρονίων που παράγει. Η σύντηξη συντελείται στον Ήλιο κατά φυσικό τρόπο και σαν απομίμηση της ηλιακής διεργασίας και δεν μολύνει το περιβάλλον.      «Ε.Ε.»: Η Ε.Ε., η Ρωσσία, η Ιαπωνία, η Ιταλία, συνεργάστηκαν για την λύση του προβλήματος της ενέργειας. Ήδη χτίζεται ο πειραματικός αντιδραστήρας, ο οποίος θα οδηγήση στον τελικό-εμπορικό αντιδραστήρα σύντηξης. Μιλήστε μας γι’ αυτόν.      Πράγματι χώρες που πλήττονται από τις εκάστοτε «ενεργειακές κρίσεις» και τέτοιες χώρες είναι η Ε.Ε., η Ιαπωνία, κ.α. συνεργάστηκαν στην προσπάθεια επίτευξης της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Ήδη έχουν ξεκινήσει για την ανάπτυξη-χτίσιμο του θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα σύντηξης (ITER) στην περιοχή της Νότιας Γαλλίας (κοντά στην Μασσαλία). Στο πρόγραμμα αυτό, το οποίο θα αναδειχθεί ως το μεγαλύτερο τεχνολογικό επίτευγμα, που έχουμε γνωρίσει μέχρι τώρα, μετέχει και η χώρα μας μέσω Ε.Ε. Στον αντιδραστήρα (ITER) αναμένεται να αναπτυχθούν και εφαρμοσθούν νέες τεχνολογίες στα υλικά, αλλά και στις μεθόδους. Ο αριθμός των ατόμων, που θα εργασθούν στο πρόγραμμα (100.000 άτομα), φανερώνει το μέγεθος και την σημασία, που δίνεται σ’ αυτήν την «πρόκληση», που λέγεται θερμοπυρηνική σύντηξη. Το πρόγραμμα του αντιδραστήρα ITER έχει θέσει στόχο: ότι το 2016 θα έχουμε καταλήξει στις συνθήκες λειτουργίας ακριβώς του εμπορικού αντιδραστήρα σύντηξης.       Γραφική αναπαράσταση του αντιδραστήρα ITER. Στο κάτω αριστερά μέρος διακρίνεται ανθρώπινη φιγούρα για την εκτίμηση του μεγέθους της κατασκευής.       «Ε.Ε.»: Υπάρχει συγκεκριμένο χρονοδιάγραμμα;      Το βασικό χρονοδιάγραμμα προαναφέρθηκε ότι είναι το 2016 με την επίδειξη του εμπορικού αντιδραστήρα. Για να φθάσουμε όμως εκεί, σίγουρα υπάρχουν επιμέρους χρονοδιαγράμματα για την όλη πορεία. Επίσης χρονοδιάγραμμα θα υπάρξει και μετά το 2016, που θα έχει σαν σκοπό τις τεχνικές λεπτομέρειες, με τις οποίες θα μπορέσουμε να θέσουμε στην κατανάλωση την ενέργεια από την σύντηξη.      «Ε.Ε.»: Θα αλλάξει και η Τεχνολογία των αυτοκινήτων; Θα κινούνται με υδρογόνο; Και τα πρατήρια βενζίνης θα επαναφορτίζουν συσσωρευτές (=μπαταρίες);      Πολλά θα αλλάξουν με την σύντηξη. Η ενέργεια θα είναι φθηνή. Το ηλεκτρικό ρεύμα, με το οποίο έρχεται η ενέργεια στην κατανάλωση, θα είναι φθηνό. Η φόρτιση των συσσωρευτών επίσης. Άρα το αυτοκίνητο μπορεί να κινηθεί με συσσωρευτές (αφού βελτιωθεί η τεχνολογία – παραγωγή των μπαταριών), και έτσι η ιδέα της θερμοπυρηνικής σύντηξης κερδίζει και τους φίλους του περιβάλλοντος, αφού η μόλυνση από το αυτοκίνητο θα μηδενιστεί.      Τώρα όσον αφορά στο υδρογόνο: Η κίνηση του αυτοκινήτου με υδρογόνο μπορούσε να έχει γίνει και ανεξάρτητα από την σύντηξη. Το υδρογόνο παράγεται εύκολα με ηλεκτρολυτική διάσπαση του νερού. Ηλεκτρική ενέργεια για την ηλεκτρόλυση θα μπορούσε να βρεθεί σε αφθονία από τα ρεύματα του ανέμου (με αιολική ενέργεια). Το γιατί δεν έχει εφαρμοσθεί μέχρι σήμερα η λύση του υδρογόνου στην κίνηση αυτοκινήτου, η απάντηση δεν μπορεί να δοθεί από έναν φυσικό-ενεργειακό επιστήμονα, γιατί στην υπόθεση αναμειγνύονται και άλλοι παράγοντες (οικονομία, τεχνογνωσία, εγκαταστάσεις, πολιτική κ.λπ.).      «Ε.Ε.»: Θα καταφέρουμε στην Ελλάδα να δημιουργήσουμε πυρηνικές μονάδες παραγωγής; Συμφέρει μία κεντρική μονάδα η περισσότερες; Που θα τοποθετούνται τα πυρηνικά απόβλητα;      Πιστεύω, πως με την ερώτησή σας εννοείτε θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες σύντηξης και όχι σχάσης. Τότε η απάντησή μου είναι απλή: Βεβαίως θα θέλαμε και εμείς να αποκτήσουμε φθηνή και καθαρή ενέργεια. Βεβαίως και θα θέλαμε να αποκτήσουμε τον πυρηνικό αντιδραστήρα σύντηξης. Το αν συμφέρει μία κεντρική μονάδα η περισσότερες και μικρές, είναι πρόωρο να το προσδιορίσουμε από τώρα, ενώ αναμένουμε τα τελικά πειράματα. Πάντως στόχος είναι οι μικρές μονάδες παραγωγής. Όσον αφορά στα «πυρηνικά απόβλητα», που αναφέρετε στο ερώτημα, σας θυμίζω, ότι στην σύντηξη δεν υπάρχουν πυρηνικά απόβλητα, οπότε δεν έχουμε και πρόβλημα τοποθέτησής τους. Το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη      «Ε.Ε.»: Η καθαρή πυρηνική ενέργεια από την σύντηξη είναι η οριστική λύση η θα αντιμετωπίσουμε πάλι το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του πλανήτη;      Η θερμοπυρηνική σύντηξη καθ’ όλες τις προβλέψεις θα μας δώσει καθαρή ενέργεια, απαλλαγμένη από πυρηνική μόλυνση (νετρόνια), από βλαβερά αέρια (διοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του αζώτου κ.λπ.). Το ζήτημα όμως της «υπερθέρμανσης του πλανήτη» είναι διαφορετικό, υπαρκτό και πρέπει να αντιμετωπισθεί με άλλο τρόπο. Για το πρόβλημα της υπερθέρμανσης πρέπει ο άνθρωπος να αλλάξει «στάση ζωής», να αλλάξει φιλοσοφία και να μην καταναλώνει αφειδώς και ασκόπως την ενέργεια, η οποία τελικά αποδίδεται στο περιβάλλον υπό μορφή θερμότητας.      Εδώ υπάρχει ενδεχομένως ο κίνδυνος να γίνει ο άνθρωπος υπερκαταναλωτικός στην ενέργεια, αφού το κόστος παραγωγής της θα είναι πολύ χαμηλό. Η κατανάλωση της ενέργειας για κάλυψη των αναγκών μας και όχι η υπερκατανάλωση είναι η απάντηση στο ζήτημα αυτό. Να καταλάβουμε, ότι όλες οι μορφές ενέργειας καταλήγουν σε θερμότητα, ακόμη και η αιολική.      «Ε.Ε.»: Τι προϊόντα μπορούμε να παράγουμε με τον εμπορικό αντιδραστήρα και πως θα τα χρησιμοποιήσουμε;      Προλέχθηκε ήδη, με τον πυρηνικό αντιδραστήρα σύντηξης θα παράγουμε ενέργεια, απ’ ευθείας υπό μορφή ηλεκτρικού ρεύματος με χαμηλό κόστος. Δηλαδή όλες οι σημερινές ανάγκες, που καλύπτονται από το ρεύμα, τότε πάλι θα καλύπτονται από ρεύμα, που όμως θα παράγεται από την σύντηξη. Όταν το κόστος του ηλεκτρικού ρεύματος είναι χαμηλό, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για την κίνηση των οχημάτων συστήματα βελτιωμένων συσσωρευτών η να αντικαταστήσουμε τα σημερινά καύσιμα (πετρέλαιο, βενζίνες) με το «καθαρό» υδρογόνο, αφού δεν ρυπαίνει το περιβάλλον, και το κόστος είναι χαμηλό.      «Ε.Ε.»: Οι απόψεις των αρχαίων Ελλήνων είναι επίκαιρες σήμερα; Πολλοί ξένοι ηγέτες συνιστούν να επανέλθουμε στην Αρχαία Ελληνική Σκέψη, ώστε να συνεργασθεί η Επιστήμη με την Φιλοσοφία.           Αυτή την εντύπωση έχω και εγώ για τους Έλληνες σοφούς. Δυστυχώς όμως από τις πολλές καταστροφές που έχουμε υποστεί, δεν έχουν μείνει τόσα επιστημονικά δεδομένα, όσα θα επιθυμούσαμε. Αυτό που έχουμε είναι οι ιδέες των Ελλήνων, οι οποίες παραμένουν και στη σημερινή Επιστήμη οι ίδιες και συνιστούν τις επιστημονικές αρχές. Αγγελική Ρέτουλα

(Βλ. Πυρηνική σύντηξη: Η μή ρυπογόνος, φτηνή και οριστική λύση του ενεργειακού ζητήματος).========================================================
"O σιωπών δοκεί συναινείν"