محققان آلمانی یک مرحله‌ی دیگر به تولید انرژی از همجوشی هسته‌ای نزدیک‌تر شدند

دانشمندان آلمانی اعلام کرده‌اند که برای اولین بار موفق به راه‌اندازی یکی از بزرگ‌ترین راکتورهای همجوشی هسته‌ای جهان شده‌اند. این راکتور اتمی بیش از ۱۶ متر عرض داشته و ژرمن‌ها آن را Wendelstein 7-X نام گذاری کرده‌اند. این راکتور اتمی که مبتنی بر همجوشی هسته‌ای است، از فناوری Stellarator استفاده می‌کند. استلراتور‌ها برای محصور کردن پلاسمای داغ توسط مدیان مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این راکتور می‌تواند شرایط مورد نیاز را که محصور کردن گاز هلیوم یا همان پلاسما است برای انجام همجوشی هسته‌ای به دام انداخته و در نهایت باعث شکل‌گیری فرآیند همجوشی هسته‌ای شود. در چند دهه‌ی اخیر مقالات بسیاری در مورد قابلیت‌های استلراتورها منتشر شده، اما هیچ گروهی موفق به کنترل و تولید انرژی بصورت کنترل شده از طریق همجوشی هسته‌ای در این راکتورها نشده بود تا بتوان بهره‌وری آن را در مقایسه با سایر فناوری‌های ساخت راکتور همجوشی هسته‌ای مقایسه کرد.

همجوشی هسته‌ای در شرایطی رخ می‌دهد که دو اتم با داشتن انرژی بالایی به هم برخورد کرده و با هم ترکیب شوند که این عمل انرژی بسیار بالایی را تولید می‌کند. ورای تولید انرژی بسیار زیاد، موضوعی که دانشمندان را بسیار هیجان زده می‌کند دست یافتن به منبعی عظیم از انرژی است که می‌توان از حجم کوچکی، انرژی بسیار زیادی را تولید کرد. همجوشی هسته‌ای فرآیند است که خورشید انرژی بی انتهای خود را در ۴.۵ میلیارد سال گذشته از طریق آن تامین می‌کند. دانشمندان برآورد کرده‌اند که خورشید در ۴ میلیارد سال آینده نیز از همین طریق انرژی مورد نیز خود را تامین خواهد کرد.

برخلاف فرآیند شکافت هسته‌ای که این روزها در اغلب نیروگاه‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، همجوشی هسته‌ای زباله‌های خطرناک رادیواکتیو تولید نکرده و از این نظر بسیار ایمن‌تر است.

البته چالشی که در این راستا برای دانشمندان وجود دارد، بسیار خطیرتر است. محققان باید سیستمی را طراحی کنند که از طریق آن بتوانند حبابی از گاز هلیوم را که دمای آن بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سلسیوس است، به کنترل خود درآورند.

کلید طراحی سیستم‌هایی که قادر به کنترل پلاسما باشند در استفاده از ابررساناهای معناطیسی نهفته است. دانشمندان به علم به این موضوع تاکنون چندین نمونه از راکتورهای همجوشی هسته‌ای را که شکلی شبیه به شیرینی‌های موسوم به دونات دارند، طراحی کرده اند که اغلب این راکتورها با نام Tokomaks شناخته می‌شوند.

البته توکاماک‌ها نیز مشکلاتی را به همراه دارند. پلاسما در این سیستم‌ها فقط قادر است تا ۶.۵ دقیقه باقی بماند که این فرآیند برای تولید انرژی بسیار زیاد حاصل از همجوشی هسته‌ای کافی نیست. به بیان بهتر در توکاماک‌ها امکان رسیدن به همجوشی هسته‌ای وجود دارد، اما زمان بسیار محدود امکان بهره‌برداری از انرژی بسیار بالای تولید شده را از بین برده و در نتیجه انرژی مصرفی برای رسیدن به همجوشی هسته‌ای بسیار بیشتر از انرژی است که تولید خواهد شد.  همین کمبود در توکاماک‌ها باعث شده تا به اهمیت استلراتورها افزوده شود. سیستم‌های مبتنی بر طراحی استلراتورها قادرند حباب هلیومی را بیش از ۳۰ دقیقه نگه دارند.

در مرحله‌ی اول دستگاه با استفاده از گاز هلیوم پر می‌شود. گاز حبس شده درون استلراتور با استفاده از لیزر به دمای بیش از یک میلیون درجه سلسیوس می‌رسد. این گاز برای یک دهم ثانیه که شاید در ظاهر بسیار کوتاه به نظر برسد، در همین دما باقی می‌ماند. باقی ماندن گاز هلیوم در این دما نشان دهنده‌ی این موضوع است که دستگاه به درستی کار می‌کند.

مرحله‌ ی بعدی مربوط به تخلیه‌ی گاز هلیوم است که در نهایت میزان باقی ماندن پلاسما درون سیستم را به بیش از ۳۰ دقیقه خواهد رساند. در ماه ژانویه محققان از این سیستم برای تولید پلاسما از هیدروژن استفاده خواهند کرد که می‌توان آن را مرحله‌ی آغاز استفاده‌ی کاربردی از این دستگاه خواند.

باید به این نکته اشاره کرد که W7-X هیچگاه به منظور تولید انرژی از همجوشی هسته‌ای طراحی نشده و هدف از ایجاد آن اثبات کاربردی بودن طراحی استلراتورها است. براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته در صورتی که دانشمندان به اهداف خود از ساخت W7-X برسند، راه برای تولید نمونه‌های واقعی از راکتورهای هسته‌ای مبتنی بر همجوشی هسته‌ای باز خواهد شد. این موضوع می‌تواند انقلابی بزرگ را در فرآیند تامین انرژی روی کره‌ی زمین ایجاد کند.

نظر شما در این خصوص چیست؟