آینده همجوشی هسته‌ای پس از پیشرفت آمریکا چیست؟



دانش‌آموزان آمریکایی به یک پیشرفت بزرگ در هدف اولیه تولید انرژی از فرآیند همجوشی هستند و برای اولین بار می‌توانند انرژی تولید کنند و این انرژی را از انرژی مصرفی آن بیشتر کنند، اما این سوال پیش می‌آید که آینده این صنعت چه می‌تواند باشد. ؟

به گزارش ایسنا، دانش‌آموزان آمریکایی چه چیزی را که یک پیشرفت بزرگ در تولید انرژی از فرآیند همجوشی هستند، اعلام کرده‌اند.

وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا همین چند روز پیش در تاریخ ۱۳ دسامبر ۲۰۲۲ اعلام کرد که دانش‌آموزان را از چند دهه اخیر برای اولین بار برای مصرف انرژی بیشتر می‌کند.

اما این توسعه چقدر قابل توجه است و رویای بهره‌برداری از همجوشی است که انرژی پاک را به میزان فراوانی می‌کند، چقدر دور است؟ کارولین کورانز، دانشیار مهندسی در دانشگاه میشیگان است که در آزمایشگاهی که به سرعت همجوشی را شکسته است، به توضیح این موضوع کمک می‌کند.

در محفظه همجوشی چه گذشت؟

همجوشی یک واکنش هسته‌ای است که دو اتم را برای ایجاد یک یا چند اتم جدید با جرم کلی کمی کمتر می‌کند. این تفاوت جرم به عنوان انرژی آزاد می‌شود. آمار که توسط معادله معروف اینشتین اینی E = mc2 توضیح داده شده است که در آن انرژی برابر با جرم ضرب در مجذور سرعت نور است. از آنجایی که سرعت نور بسیار زیاد است، مقدار کمی از جرم به انرژی تبدیل می‌شود، مانند آنچه در همجوشی اتفاق می‌افتد، مقدار بسیار زیادی انرژی تولید می‌کند.

پژوهشگران در آزمایشگاه احتراق ملی ایالات متحده آمریکا در کالیفرنیا برای اولین بار چیزی را به عنوان “احتراقجوشی” نشان دادند. احتراق زمانی اتفاق می‌افتد که یک واکنش همجوشی، انرژی نسبت به آن انرژی بیشتر است که از یک منبع خارجی برای واکنش وارد می‌شود، تولید می‌کند و خودپایدار می‌شود.

تکنیک استفاده ملی در مرکز احتراق شامل شلیک ۱۹۲ لیزر به یک گلوله ۰.۰۴ اینچی(۱ میلی‌متری) از سوخت ساخته شده از دوتریوم و تریتیوم – دو نسخه از عنصر هیدروژن با نوترون‌های اضافی – بود که در یک قوطی طلا قرار داده شده بود. .

هنگامی که لیزرها به قوطی برخورد می‌کنند، پرتوی ایکس تولید می‌کند که گلوله سوخت تا حدود ۲۰ برابر چگالی سرب و تا بیش از پنج میلیون درجه فارنهایت (۳ میلیون درجه سانتیگراد) گرم و متراکم می‌شود که حدود ۱۰۰ برابر داغ‌تر از سطح خورشید است.

اگر بتوان این شرایط را برای مدت زمان کافی حفظ کرد، سوخت ذخیره شده و انرژی آزاد می‌کند.

سوخت و قوطی ظرف چند میلیاردم در طول آزمایش تبخیر می‌شوند. سپس پژوهشگران امیدوارند تجهیزات مورد استفاده از این گرما جان سالم به در ببرد و انرژی آزاد شده توسط واکنش همجوشی را به دقت اندازه‌گیری کند.

چه کار کردند؟

فیزیک دانان برای ارزیابی موفقیت یک آزمایش همجوشی، به نسبت بین انرژی آزاد شده از فرآیند همجوشی و مقدار انرژی درون لیزرها نگاه می‌کنند که این نسبت، «بهره» نامیده می‌شود.

هر چیزی بالاتر از بهره‌برداری یک به این معنی است که همجوشی نسبت به لیزرهای آزاد می‌کند.

پژوهش در آزمایشگاه احتراق ملی در تاریخ پنجم دسامبر ۲۰۲۲ یک گلوله سوخت را هدف دو میلیون ژول انرژی لیزر قرار داد که تقریباً میزان انرژی لازم برای روشن شدن یک سشوار به مدت ۱۵ دقیقه است، اما فقط چند میلیون طول کشیده است. این کار، یک واکنش همجوشی ایجاد کرد که سه میلیون ژول انرژی آزاد کرد.

این نشان دهنده نرخ بهره حدود 1.5 است که رکورد قبلی افزایش 0.7 را دارد که در ماه اوت 2021 به دست آمده بود، شکست.

این موفقیت چقدر مهم است؟

انرژی همجوشی نزدیک به نیم قرن است که کعبه‌ای آمال برای تولید انرژی پایدار و پاک است. در حالی که نرخ بهره 1.5 یک پیشرفت علمی واقعا تاریخی است، اما هنوز خیلی زیاد تا تبدیل شدن همجوشی به یک منبع انرژی قابل دوام باقی مانده است.

در حالی که انرژی مصرفی لیزر برابر با دو میلیون ژول کمتر از بازده پروسه همجوشی معادل سه میلیون ژول بود، این مرکز برای تولید لیزرهای مورد استفاده در این آزمایش نزدیک به 300 میلیون ژول انرژی مصرف کرد.

این نتیجه نشان می دهد که احتراق همجوشی امکان پذیر است، اما برای بهبود بازده آن کار بسیار لازم است، تا جایی که همجوشی با در نظر گرفتن کل سیستم انتها به انتها، نه فقط یک واحد بین لیزر و سوخت، بلکه یک بازگشت انرژی است. مثبت خالص را ارائه کند.

چه چیزی باید بهبود یابد؟

وجود قطعات پازل همجوشی وجود دارد که برای چندین دهه به طور کامل پیوسته در حال بهبود آنها بوده است تا به نتیجه برسند و کار بیشتری انجام دهد این کار را انجام دهد.

اولین لیزرها تازه در سال ۱۹۶۰ اختراع شده اند. زمانی که دولت ایالات متحده تاسیسات احتراق ملی را در سال ۲۰۰۹ به پایان رساند، این نیروگاه قدرتمندترین تاسیسات لیزری در جهان بود که قادر بود یک میلیون ژول انرژی را به یک هدف واقعی برساند. بنابراین دو میلیون ژولی که تولید می‌کند ۵۰ برابر پرانرژی‌تر از لیزر قدرتمند بعدی روی زمین است.

لیزرهای قوی‌تر و روش‌های کم‌مصرف انرژی برای تولید این لیزرهای قوی می‌توانند کارایی کنند.

شرایط همجوشی بسیار چالش برانگیز است و هر ناچیز در کپسول یا سوخت می‌تواند انرژی مصرفی مورد نیاز را افزایش و بهره‌برداری کند و کاهش دهد.

پژوهش برای انتقال نیروتر انرژی از لیزر بهطی و تابش پرتوی ایکس از قوطی به کپسول سوخت پیشرفت‌های زیادی کرده‌اند، اما در حال حاضر تنها حدود ۱۰ تا ۳۰ درصد از کل انرژی لیزر به کپسول و سوخت منتقل می‌شود.

در نهایت، در حالی که بخشی از سوخت، یعنی دووم به طور طبیعی در آب بسیار زیاد است، تریتیوم بسیار نادرتر است. همجوشی به خودی خود در واقع تریتیوم تولید می‌کند، بنابراین پژوهشگران امیدوارند که راه‌هایی را برای برداشت مستقیم این تریتیوم ایجاد کنند. در این میان روشهای دیگری نیز برای تولید سوخت مورد نیاز وجود دارد.

قبل از اینکه همجو، هسته‌ای کار برای خانه‌های ما برق تولید کند، باید برای این کارها و کارهای علمی، فنی و مهندسی غلبه کرد. همچنین باید کار انجام شود تا هزینه یک نیروگاه همجوشی از 3.5 میلیارد دلار برای راه‌اندازی تأسیسات ملی احتراق خرج شده، کاهش یابد. این مراحل نیازمند سرمایه گذاری قابل توجه از سوی دولت فدرال و بخش خصوصی است.

شایان ذکر است که یک مسابقه جهانی پیرامون استحصال انرژی از همجوشی وجود دارد و بسیاری از آزمایشگاه های دیگر در سراسر جهان تکنیک های موجود را دنبال می کنند. اما با نتیجه ای که آزمایشگاه احتراق ملی آمریکا برای اولین بار در جهان به آن رسیده است، شواهدی است که نشان می دهد رویای تولید انرژی از همجوشی هسته ای قابل دستیابی است.

انتهای پیام



منبع