دهه‌ها زمان لازم است تا همجوشی هسته‌ای را به انرژی پاک تبدیل کنیم

تنها نظر از کارآیی یک نیروگاه همجوشی آینده، انتقال انرژی از علوم پایه به جهان واقعی، نیازمند غلبه بر بسیاری از چالش‌ها است. از آنجایی که شکافته با چالش‌های کنونی همجوشی روبه‌رو است، می‌توانم اطلاعات زیادی را از تاریخ آن بیاموزیم. پیش از این که کار صنعت تجاری آغاز شود، شکافت باید از علم به مهندسی حرکت کند.

همین امر در مورد شکافت هسته‌ای که واکنشی در نیروگاه‌های هسته‌ای به شمار می‌رود نیز درست است. شکافت کامل یک اورانیوم ۲۳۵ می‌توان حدود ۷۷ تراژول انرژی تولید کند اما ما نمی‌توانیم همه آن انرژی را به شکل‌های سودمندی مانند گرما و برق تبدیل کنیم. در عوض، ما باید یک سیستم پیچیده را طراحی کنیم که واکنش زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای را تحت کنترل درآورد و انرژی تولید شده را به شکل‌های سودمند تبدیل کند.

علاوه بر این، همه اورانیوم موجود در سوخت سوزانده نمی‌شود. مصرف سوخت هنوز حدود 96 درصد از کل اورانیوم و حدود یک پنجم اورانیوم 235 شکافت‌پذیر خود را دارد.

پروژه‌های زیرساختی بزرگ، سیستم‌های تعداد بسیار پیچیده‌ای هستند که تعداد زیادی از نیروهای کار و هماهنگی آنها تکیه دارند. این پروژه‌ها را می‌توان مدیریت کرد اما معمولاً از بودجه فراتر می‌روند و از برنامه عقب می‌مانند. فناوری‌های ماژولار مقرون‌به‌صرفه‌تر، کنترل هزینه‌ها و صرفه‌جویی‌های بهتری را نشان می‌دهند اما رآکتورهای هسته‌ای کوچک نیز از نظر اقتصادی با چالش روبه‌رو خواهند شد.

کارآیی یک نیروگاه انرژی همجوشی باید دیده شود. بهره خالص هم‌جوشی گزارش‌شده در واقع به حدود 300 مگاژول انرژی ورودی نیاز دارد که در محاسبه انرژی در نظر گرفته شود. این منبع انرژی که برای تامین انرژی ۱۹۲ لیزر مورد نیاز بود، از شبکه برق تامین کننده می‌شد. به عبارت دیگر، در این آزمایش به اندازه یک خانواده معمولی کانادایی در دو روز انرژی مصرف می شود. با انجام این کار، واکنش هم‌جوشی می‌تواند انرژی کافی را برای روشن کردن ۱۴ لامپ رشته‌های به مدت یک ساعت تولید کند.

بخوان  اکنون می توانید ویندوز 11 را به صورت یکپارچه بر روی مک های سیلیکونی اپل با مهر تایید مایکروسافت اجرا کنید

همین امر در مورد انتخاب صنعت برای مقابله با چالش نیز درست است. رآکتورهای همجوشی، تعداد زیادی ضایعات تولید می کنند. مشابه ضایعات شکافت نیست.

به گزارش ایسنا و به نقل از استادی فایندز، «وزارت انرژی آمریکا» (DOE) در دسامبر ۲۰۲۲ یک پیشرفت علمی بزرگ را در علم همجوشی هسته‌ای گزارش کرد. برای اولین بار، انرژی آزاد شده از واکنش همجوشی، بیشتر از میزان انرژی مورد نیاز برای مشتعل کردن آن بود. آیا این یک عامل واقعاً تاریخ‌ساز به شماره می‌رود اما مهم است که در مسیر پیش رو برای انرژی همجوشی تأمل کنیم.

رآکتورهای شکافت آب سبک امروزی که از آب معمولی به جای آب غنی‌شده با ایزوتوپ هیدروژن استفاده می‌کنند، نمونه‌هایی از این موارد هستند. آنها به این دلیل انتخاب نشدند که بهترین‌ها بودند، اما برای انتخاب آنها وجود داشت.

علم انرژی همجوشی مانند شکافته‌ها در تلاش برای توسعه سلاح‌های هسته‌ای ریشه دارد. فیزیک‌دان هسته‌ای است که به ساخت بمب‌های کمک می‌کند، می‌خواستند ثابت کنند که این کشف فقط یک سلاح نیست.

استادان مهندسی انرژی پایدار و پذیرنده «دانشگاه کارلتون» (دانشگاه کارلتون) در یک مقاله جدید، نظرات خود را پیرامون پیشرفت در حوزه همجوشی هسته‌ای ارائه کرده‌اند. اگر مایل در مورد نظرات آنها هستید، با این گزارش همراه باشید.

گروهی از استادان «دانشگاه کارلتون» در یک مقاله نوشتند که برای تبدیل همجوشی هسته‌ای به انرژی پاک، دهه‌ها زمان مورد نیاز است.

استادان دانشگاه کارلتون تاکید کردند: پیام اصلی ما یک فراخوان برای اقدام است. مهندسان همجوشی، پژوهشگران، صنعت و دولت باید برای بررسی و کاهش چالش‌های پیش روی همجوشی، از جمله در طراحی نسل اول نیروگاه‌ها، سازمان دهی شوند.

در طول ۷۰ سالی که از زمان آغاز انرژی‌های گذشته است، چه آموخته‌ایم؟ نخست این که ما در مورد خطر بالقوه ویرانگر قفل شدن فناوری آموخته‌ایم. این شرایط زمانی رخ می دهد که یک صنعت به یک محصول یا سیستم ویژه وابسته می شود.

بخوان  در نهایت با استقبال کسب و کارها از ارتقاء، آمار ویندوز 11 در حال افزایش است

افزایش مقدار اورانیوم مصرف در ناوگان همیشه ما امکان پذیر است و یک حوزه کاری مداوم به شمار می رود اما چالش های مهندسی قابل توجه را به همراه دارد. پتانسیل بزرگ انرژی هسته‌ای در حال حاضر به خاطر چالش‌های تبدیل انرژی به شکل سودمند کاهش می‌یابد.

یکی از این راه‌ها، یارانه‌های دولتی است که به نفع این طرح‌ها بوده است. از عوامل دیگر می‌توان به «نیروی دریایی آمریکا» (USN) برای توسعه رآکتورهای آب در میان کوچک‌ترها برای زیردریایی‌ها و کشتی‌های جنگی روی سطح آب، پیشرفت در فناوری غنی‌سازی اورانیوم در نتیجه برنامه تسلیحات هسته‌ای آمریکا، عدم قطعیت در مورد هزینه‌های هسته‌ای و عدم قطعیت آن اشاره کرد. ه‌کاری در مورد گزینه‌های به خاطر هزینه‌ها و طراحی‌های مرتبط با توسعه انرژی هسته‌ای اشاره کرد. استادان دانشگاه کارلتونان کردند: ما از آن زمان در تلاش بوده ایم تا به سوی فناوری های دیگر برویم.

این همان کاری است که نیروگاه‌های هسته‌ای انجام می‌دهند. گرمای تولید شده طی واکنش‌های شکافت هسته‌ای را برای تولید بخار قدرت می‌کنند. این بخار، یک توربین متصل به یک ژنراتور برق را به حرکت درمی‌آورد. بازدهی کلی چرخه، کمتر از 40 درصد است.

چهارمین مورد، انتخاب مکان برای نیروگاه‌های جدید و پذیرش جامعه است که یک موضوع کلیدی به شماره می‌رود. مزیت همجوشی نسبت به شکافت این است که افکار عمومی در فناوری آن، بیشتر یک لوح خالی هستند. ارتباط مثبت مردم با همجوشی باید با تصمیم گیری در طراحی محتاطانه و در پیش گرفتن بهترین شیوه ها برای مشارکت جامعه حفظ شود.

تا همین اواخر، همجوشی به عنوان یک آزمایش علمی تلقی می‌شد. نه عنوان یک چالش مهندسی. این شرایط به سرعت در حال تغییر است و تنظیم‌کننده‌ها اکنون در حال بررسی چگونگی استقرار آن در جهان واقعی هستند.

یک فراخوان برای اقدام کردن

این گروه پژوهشی در مقاله خود: ما در دانشگاه کارلتون، پیرامون فناوری‌ها و سیستم‌های انرژی جایگزین تحقیق می‌کنیم که می‌توان ما را به آینده‌ای با تولیدکننده‌های کربن کم سوق نوشت. همچنین، ما به دانشجویان خود یاد می‌دهیم که چگونه از تحقیقات آزمایشگاهی به سوی برنامه‌های کاربردی جهان واقعی حرکت می‌کنند.

بخوان  مایکروسافت ابزار کنترل صوتی تجربی جالبی را در ساخت پیش نمایش ویندوز 11 پنهان می کند

این مقاله در مجله «The Conversation» به چاپ رسید.

وعده همجوشی، بسیار بزرگ است و برای پیشبرد آن فراتر از پیشرفت های بعدی، کارهای هیجان انگیزی توسط بخش های مختلف از جمله شرکت های خصوصی در حال انجام هستند. پیش از این که همجوشی به طور معنادار به سیستم انرژی ما کمک کند، دهه‌ها پژوهش و توسعه مورد نیاز است.

در ادامه مقاله آمده است: تحقیقات ما در مورد نوآوری انرژی هسته‌ای نشان می‌دهند که می‌توان بر چالش‌های پیش روی هم‌جوشی هسته‌ای غلبه کرد اما این چالش‌ها به سرپرستی محتاطانه، دهه‌ها پژوهش، قابل توجه بودجه و تمرکز بر توسعه فناوری نیاز دارند. میلیاردها دلار برای پیشرفت فناوری شکافت هسته‌ای مورد نیاز است و ما بسیار بیشتر را در مورد شکافت نسبت به همجوشی داریم. اشتهای دولت‌ها، شرکت‌های برق و کارآفرینان برای تامین مالی باید نشان داده شود.

سوم این که نیروهای نظارتی باید برای ادغام وجود داشته باشند. اگر صنعت خیلی سریع پیرامون یک طراحی نسل اول ادغام شود، پیامدهای آن برای تنظیم کردن رآکتورهای احتمالی ممکن است شدید باشد.

آنها در ادامه نوشتند: دوم اینکه ما یاد بگیریم اندازه رآکتورها مهم است. هزینه ساخت راکتورهای بزرگ در هر واحد، بیشتر از هزینه ساخت واحدهای کوچکتر است. به عبارت دیگر، مهندسان مفهوم صرفه‌جویی در نتیجه را اشتباه فهمیدند و صنعت خود را در این فرآیند انجام دادند.

تاریخ اولیه انرژی، خوشبینی در مورد بیانیه‌هایی بود مبنی بر اینکه فناوری پیشرفت می‌کند و می‌توان ما را به انرژی روزافزون نیاز داشت. در نهایت، بیانیه‌ها گفتند که قدرت همجوشی می‌آید و برق بسیار ارزان‌تر از آن می‌شود که بخواهیم آن را بگیریم.

انتهای پیام



منبع

درسهای آموخته شده

از علم تا مهندسی