محمود حاج‌زمان: شاید تبلیغات وسیع در خصوص شکست روش همجوشی سرد باعث لکه‌دار شدن اعتبار این حوزه شده باشد، اما فیزیک‌دانان از سال 1932 / 1311 با موفقیت توانسته‌اند هسته اتم‌ها را به روش همجوشی گرم به یکدیگر پیوند بزنند. امروزه محققان روش همجوشی گرم توانسته‌اند به یک منبع انرژی پاک دست یابند که عاری از آلودگی‌های مرتبط با نیروگاه‌های شکافت هسته‌ای است. نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای ذوب نمی‌شوند، زباله‌های رادیواکتیو تولید نمی‌کنند و سوخت آنها را به راحتی نمی‌توان برای ساخت سلاح استفاده کرد.
به گزارش پاپ‌ساینس، در خط مقدم جبهه تلاش برای تحقق بخشیدن به نیروی حاصل از همجوشی، ITER قرار دارد: یک همکاری بین‌المللی برای ساخت بزرگ‌ترین راکتور همجوشی دنیا. قلب پروژه همجوشی یک توکامک (Tokamak) است، محفظه‌ای به شکل دونات که واکنش همجوشی در آنجا اتفاق می‌افتد. میدان مغناطیسی قوی این وسیله، پلاسمای دوتریوم و تریتیوم را که دو ایزوتوپ هیدروژن هستند، احاطه کرده است. در همین حال، پرتوهای ذرات، امواج رادیویی و مایکروویو، دمای پلاسما را به 150 میلیون درجه سانتی‌گراد می‌رسانند؛ حرارتی که برای انجام واکنش همجوشی لازم است. در طی واکنش، هسته‌های دوتریوم و تریتیوم ذوب می‌شوند و یک اتم هلیوم و یک نوترون تولید می‌کنند. در یک نیروگاه همجوشی هسته‌ای، نوترون‌های پرانرژی ساختار Blanket را در توتاماک گرم می‌کنند و این حرارت برای راه‌اندازی توربین و تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می‌گیرد.
راکتور ایتر که بزرگ‌ترین توتامک جهان خواهد بود، 500 مگاوات انرژی تولید می‌کند که معادل خروجی یک نیروگاه زغال‌سنگ است. اما ایتر برق تولید نخواهد کرد و تنها یک آزمایش عظیم فیزیک است، اگرچه مزایای بالقوه بسیاری دارد. تنها 1 گرم سوخت دوتریوم-تریتیوم می‌تواند انرژی معادل 7600 لیتر نفت تولید کند. ریچارد پیتس، دانشمند ارشد پروژه می‌گوید: «فرایند مورد استفاده در ایتر ذاتا بی‌خطر است. این راکتور هرگز نمی‌تواند مشکلات دنیای شکافت هسته‌ای، مانند چرنوبیل و فوکوشیما را به وجود آورد. به همین دلیل است که تا این اندازه جذاب است.»
برای اینکه بتوان همجوشی با استفاده از توتاماک را کاملا به صورت تجاری درآورد، توسعه‌دهندگان این روش باید بر چالش‌های مختلفی غلبه کنند. نخستین چالش مساله تولید تریتیوم (ایزوتوپ هیدروژن با 1 پروتون و 2 نوترون در هسته) است. در هر زمانی فقط 23 کیلوگرم تریتیوم در کل دنیا وجود دارد، زیرا تریتیوم به صورت طبیعی تولید نمی‌شود و به سرعت نیز از بین می‌رود. در مقابل، دوتریوم رادیواکتیو نیست و می‌توان آن را از تقطیر آب استحصال کرد. اگرچه ایتر ممکن است بتواند از تریتیوم تولید شده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده کند، اما یک نیروگاه همجوشی در مقیاس واقعی باید خودش منابع تریتویم مورد نیازش را تامین کند. برای این منظور می‌توان از نوترون‌های حاصل از واکنش همجوشی برای تبدیل لیتیوم به تریتیوم استفاده کرد.
علاوه بر مساله تریتیوم، فیزیک‌دانان باید بفهمند چه موادی می‌توانند به بهترین نحو در مقابل محصولات فرعی واکنش همجوشی که باعث تخریب دیواره‌های توتاماک می‌شوند، مقاومت کنند. در نهایت، رادیواکتیویته پسمانده در تجهیزات مشکلاتی را برای تعمیر و نگهداری به وجود می‌آورد، زیرا کارکنان قادر نیستند با ایمنی کافی در محل تجهیزات کار کنند. دانشمندان ایتر باید روبات‌هایی را بسازند که بتوانند قطعاتی به وزن 10 تن را تعویض کنند.
ایتر آزمایش‌های خود را در سال 2019 / 1398 در فرانسه آغاز خواهد کرد. اگر این آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز باشد، داده‌های به دست آمده از این پروژه به گروه ایتر کمک خواهد کرد تا DEMO را طراحی کنند؛ نمونه‌ای تجربی از نیروگاه همجوشی 2 تا 4 هزار مگاواتی که قرار است تا سال 2040 / 1420 ساخته شود.
سوخت
مهندسان دوتریوم و تریتیوم -دو ایزوتوپ هیدروژن- را به درون توتاماک که یک محفظه خلاء دوناتی شکل است، تزریق می‌کنند.
پلاسما
یک جریان قوی الکتریکی، گازهای دوتریوم و تریتیوم را گرم و آنها را یونیزه می‌کند و یک حلقه از پلاسما، سوپی سوزان از ذرات باردار را به وجود می‌آورد.
حرارت
امواج رادیویی، مایکروویو و پرتوهای پر انرژی، دوتریوم پلاسما را گرم می‌کنند. در دماهای بالا، دوتریوم و تریتیوم ذوب می‌شوند و یک اتم هلیوم و یک نوترون را تولید می‌کنند.
حبس کردن
اگر پلاسما با دیواره‌های توتاماک تماس پیدا کند، واکنش همجوشی از بین می‌رود. به همین دلیل، ذرات باردار در یک میدان مغناطیسی حبس می‌شوند. این میدان توسط 39 آهنربای ابررسانای مرکزگرا (Poloidal)، هلالی (Toroidal) و یک آهنربای مرکزی که در خارج محفظه دونات شکل و درون هسته آن قرار دارند، ساخته می‌شود.
پوشش داخلی
توتاماک توسط محفظه‌ای فولادی به ضخامت 0.5 متر پوشانده شده تا دیواره های آن را در مقابل نوترون‌های پر انرژی محافظت کند.
53275
نظر شما