پایان انتظار طولانی برای انرژی فیوژن
مجله علمی ایلیاد - انرژیهای تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد، توجیهی برای سهم رو به رشد انرژی الکتریکی در جهان هستند. با توجه به نگرانیهای مربوط به انتشار کربن از نیروگاههایی با سوخت فسیلی و تاثیرات مضر آنها بر آب و هوا، جای تعجب نیست.
انرژی هستهای مزایای بیشتری از انرژیهای تجدیدپذیر ارائه میدهد، از جمله توانایی تولید برق زمانی که نور خورشید و وزش باد در دسترس نباشد. اما نیروگاه هستهای امروزه از فیوژن استفاده میکند که اتمهای فلزات نادر مانند اورانیوم را تجزیه میکند. شکافت یا فیسیون، زبالهی رادیواکتیو تولید میکند. اما کنترل آن دشوار است، همان طور که از حوادث رآکتور، مانند جزیرهی میل، چرنوبیل و فوکوشیما مشهود است. شکل دیگری از انرژی هستهای که به عنوان فیوژن یا گداخت هستهای شناخته میشود، اتمهای هیدروژن ارزان و فراوان را متصل میکند و میتواند بدون ایجاد مقدار زیادی زبالهی رادیواکتیو انرژی نامحدودی تولید کند.
فیوژن، خورشید را برای میلیاردها سال نیرومند کرده است. اما علیرغم دهها سال تلاش، دانشمندان و مهندسان قادر به تولید فیوژن پایدار در اینجا بر روی زمین نیستند. در حقیقت، مدتها است که این عبارت که فیوژن ۵۰ سال دور است و همواره خواهد بود، تبدیل به جوک شده است. اما اکنون به نظر میرسد که انتظار طولانی برای انرژی تجاری فیوژن ممکن است زودتر از نیم قرن تحقق یابد.
دکتر «ویلیام مدیا»، مدیر سابق آزمایشگاه ملی که منجر به بررسی مستقل پروژهی ITER در سال ۲۰۱۳ شد، میگوید که یکی از قویترین امیدهای فیوژن هستهای کنترل شده، راکتور غولپیکر ITER در Cadarache در جنوب شرقی فرانسه، در حال پیگیری برای دستیابی به همکاری هستهای در اواسط تا اواخر دههی ۲۰۴۰ میلادی است. ساخت راکتورITER یک اتاقک خلاء دوناتی شکل بهنام «توکاماک» شناخته میشود که بیش از ۱۸ متر است، اخیراً نقطهی نیمهی راه را گذرانده است.
مدیا میگوید: «دههها نیاز به آوردن راکتور ITER به عملیات کامل منعکسکننده، چالشهای مهندسی عظیم هنوز هم با محققان فیوژن است. این شامل ساخت دیوارهای راکتور است که میتواند حرارت شدید واکنش فیوژن را حفظ کند؛ حدود ۱۵۰ میلیون درجهی سانتیگراد و یا ۱۰ برابر گرمتر از هستهی خورشید است.»
چالش بعد، ایجاد مواد ابررسانایی است که میتواند میدانهای مغناطیسی قدرتمند مورد نیاز برای نگه داشتن واکنش فیوژن در محل را ایجاد کند. ITER دارای پشتوانهی بینالمللی و بودجهی بیش از ۱۴ میلیارد دلار است. اما این تنها تلاش نوید دهنده در تلاش طولانی برای فیوژن هستهای پایدار نیست و یا آنچه بعضی از آنها «ستارهای در شیشه» نامیدهاند.
چندین پروژهی فیوژن یا فیوژن کوچک، از جمله راکتورهای تجاری که توسط لاکهید مارتین در ایالات متحده، General Fusion در کانادا و Tokamak Energy درانگلستان توسعه یافتهاند، تصمیم دارند نیروی تولید فیوژن برای شبکههای برق را قبل از اینکه ITER اولین واکنشهای فیوژن خود را تولید کند، تعذیه نمایند.
دکتر «دیوید کینگهام»، موسس توکامک انرژی، میگوید: «هدف ما این است که تا سال ۲۰۳۰ قدرت تجاری را به اینترنت برسانیم.» واحدهای مهندسی Skunk Works افسانهای لاکهید مارتین، در حال توسعهی یک راکتور فشردهی فیوژن است که از میدانهای مغناطیسی استوانهای استفاده میکند تا واکنش فیوژن را به جای راکتوردوناتی شکلِ ساختهشده در سایت ITERمحدود کند.
این شرکت راکتورهای فیوژن خود را جایگزین راکتورهای شکافتِ استفادهشده در کشتیهای جنگی و زیردریایی پیشبینی میکند و در کامیونها قرار میدهد تا بتوانند در هر کجا که به انرژی نیاز است، مستقر شوند. به گفتهی مسئولین این شرکت، راکتور ترکیبی ۱۰۰ مگاواتی که در پشت یک کامیون قرار دارد، میتواند قدرت کافی برای ۱۰۰،۰۰۰ نفر را تولید کند.
دیگر پروژههای اتمی فیوژن عبارتند از؛ راکتور فیوژن Wendelstein 7-X در آلمان، که از جایگزین طراحی توکاماک ITER شناختهشده به عنوان ستلاراتور استفاده میکند. همانند ITER، راکتور آلمانی توسط یک کنسرسیوم بینالمللی حمایت میشود و عمدتاً برای تحقیقات تجربی است.
دقیقاً اینکه کدام یک از این ابتکارات، مهرهی همجوشی را تنظیم میکند، هنوز نامشخص است. اما کارشناسان امیدوار هستند که انرژی فیوژن یک روزه بتواند نیروگاههای فسیلی سوخت را تولید کند و راکتورهای شکافت هستهای، همراه با اکثر مشکلات زیستمحیطی منسوخ شوند و ما میتوانیم امیدوار باشیم که چالشهای باقیمانده فقط موضوع مهندسی پیشرفتهای است. مدیا میگوید: «ما میدانیم که علم کاملاً واقعی است، زیرا میتوانیم آنرا ببینیم که هر روز در خورشید اتفاق میافتد.» انتظار طولانی برای انرژی فیوژن ممکن است به پایان برسد.
نوشته: nbcmach
ترجمه : زهرا جهانبانی - مجله علمی ایلیاد
ترجمه : زهرا جهانبانی - مجله علمی ایلیاد