راکتور همجوشی هسته ای می تواند در سال ۲۰۲۵ ساخته شود

• توسط : محمد رضا مددی
• در : ۱۳۹۹-۰۷-۲۰
• در : اخبار علمی و آموزشی

یک راکتور همجوشی هسته ای مناسب – راکتوری که بیش تر از مصرف خود انرژی تولید می کند – می تواند به محض سال ۲۰۲۵ در اینجا باشد.

اگر یک راکتور همجوشی هسته ای به آن نقطه عطف برسد، می تواند راهی را برای تولید گسترده انرژی پاک درست کند.

در حین همجوشی، هسته های اتمی مجبور می شوند تا اتم های سنگین تری درست کنند. هنگامی که جرم اتم های حاصل از جرم اتم هایی که به وجود آمده اند کمتر باشد، جرم اضافی به انرژی تبدیل می شود و مقدار فوق العاده ای از نور و گرما را آزاد می کند. همجوشی، به خورشید و ستاره ها قدرت می دهد، چون جاذبه قدرتمند قلب آنها یعنی هیدروژن را ذوب می کند تا هلیوم ایجاد کند.

اما برای همجوشی اتم ها انرژی زیادی لازم است که در دمای حداقل ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت (۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد) اتفاق می افتد. با این حال، چنین واکنش هایی می توانند انرژی بسیار بیشتری از آنچه که نیاز دارند تولید کنند. در عین حال، همجوشی گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن را که باعث گرم شدن کره زمین می شوند، تولید نمی کند و همچنین آلاینده های دیگری تولید نمی کند. و سوخت همجوشی – مانند عنصر هیدروژن – به اندازه کافی در زمین وجود دارد تا بتواند تمام نیازهای انرژی بشریت را برای میلیون ها سال تأمین کند.

راکتور همجوشی هسته ای

مارتین گرین والد، فیزیک دان پلاسما در MIT و یکی از دانشمندان برجسته در ساخت راکتور همجوشی هسته ای جدید، گفت: “تقریباً همه ما داخل این تحقیقات شرکت کرده ایم زیرا در تلاشیم تا یک مسئله جهانی واقعاً جدی را حل کنیم.” “ما می خواهیم تاثیر بخصوصی روی جامعه بگذاریم، همچنین ما به یک راه حل برای گرم شدن کره زمین نیاز داریم – در غیر این صورت، تمدن دچار مشکل می شود. به نظر می رسد ممکن است به رفع آن کمک کند.”

بیشتر راکتورهای همجوشی تجربی از یک طرح روسی به شکل دونات استفاده می شوند که اسم آن “توکاماک” است. این طرح ها از میدان های مغناطیسی قدرتمندی برای محصور کردن ابر پلاسما یا گاز یونیزه در دمای شدید، به اندازه کافی برای بالا بردن اتم های همجوشی استفاده می کنند. دستگاه آزمایشی جدید، راکتور SPARC (به زودی / کوچکترین با تأمین اعتبار شخصی)، توسط دانشمندان MIT و یک شرکت spinoff ، Commonwealth Fusion Systems در حال ساخت است.

در صورت موفقیت، SPARC اولین دستگاهی است که تاکنون به “پلاسمای سوزان” دست یافته است، در آن گرمای ناشی از تمام واکنشهای همجوشی، بدون نیاز به پمپاژ انرژی اضافی، همجوشی را ادامه می دهد. اما هیچ کس تاکنون نتوانسته است از قدرت سوزان پلاسما در واکنش کنترل شده در زمین استفاده کند و قبل از این که SPARC این کار را انجام دهد، تحقیقات بیشتری لازم است. پروژه SPARC، که در سال ۲۰۱۸ به بهره برداری رسید، قرار است ژوئن آینده آغاز شود، و راکتور از سال ۲۰۲۵ شروع به کار می کند. این بسیار سریعتر از بزرگترین پروژه قدرت همجوشی جهان است که به عنوان راکتور آزمایشگاهی بین المللی هسته ای (ITER) شناخته می شود ، در سال ۱۹۸۵ طرح ریزی شد اما تا سال ۲۰۰۷ راه اندازی نشده. اگرچه ساخت و ساز آن در سال ۲۰۱۳شروع شد،اما انتظار نمی رود این پروژه تا سال ۲۰۳۵ واکنش همجوشی ایجاد کند.

یک برتری که ممکن است SPARC نسبت به ITER داشته باشد این است که آهن رباهای SPARC برای محدود کردن پلاسما طراحی شده اند. SPARC از آهن رباهای ابررسانای به اصطلاح دمای بالا استفاده خواهد کرد که مدت ها پس از اولین طراحی ITER در سه تا پنج سال گذشته فقط به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند. این آهن ربا های جدید می توانند میدان های مغناطیسی بسیار قدرتمندتری نسبت به ITER تولید کنند – حداکثر ۲۱ تسلا، در مقایسه با حداکثر ITER 12 تسلا. (در مقایسه، قدرت میدان مغناطیسی زمین از ۳۰ میلیون و نیم تا ۶۰ میلیون و نیم تسلا است.)

این آهن ربا های قدرتمند نشان می دهد که هسته SPARC می تواند تقریباً سه برابر قطر کوچکتر و ۶۰ تا ۷۰ برابر حجم کمتر از قلب ITER داشته باشد، که عرض آن ۶ متر است. گرین والد به Live Science گفت: “این کاهش چشم گیر اندازه با کاهش وزن و هزینه همراه است.” “این واقعا تغییر دهنده بازی است.”

در هفت مطالعه جدید، محققان محاسبات و شبیه سازی ابر رایانه ای را که اساس طرح SPARC است، بیان کردند. مطالعات نشان می دهد که SPARC حداقل دو برابر تا ۱۰ برابر بیشتر از انرژی پمپ شده انرژی تولید می کند.

گرمای حاصل از یک راکتور همجوشی هسته ای بخار تولید می کند. این بخار سپس توربین و ژنراتور الکتریکی را هدایت می کند، به همان روشی که امروزه بیشتر برق تولید می شود.

گرین والد گفت: “نیروگاه های همجوشی می توانند جایگزین نیروگاه های سوخت فسیلی شوند و دیگر نیازی به بازسازی شبکه های برق برای آنها نیست.” در مقابل، منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشید و باد “با طراحی فعلی شبکه های الکتریکی مطابقت ندارند.”

محققان در نهایت امیدوارند که نیروگاه های همجوشی الهام گرفته از SPARC بین ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ مگاوات برق تولید کنند. گرین والد گفت: “در بازار فعلی برق ایالات متحده، نیروگاه ها به طور معمول بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ مگاوات برق تولید می کنند.”

SPARC فقط گرما تولید می کند، نه برق. هنگامی که محققان SPARC را ساختند و آزمایش کردند، آنها قصد دارند راکتور ARC (مقرون به صرفه مقاوم) ساخته شود که تا سال ۲۰۳۵ از آن گرما برق تولید می کند.

گرین والد گفت: “این بسیار جاه طلبانه است، اما این همان هدفی است که ما به دنبال آن هستیم.” “من فکر می کنم واقعاً قابل قبول است.”