یک روبان پیچخورده از گاز هیدروژن، چندین برابر داغتر از سطح خورشید، به دانشمندان نگاهی اجمالی به آیندهی همجوشی هستهای کنترلشده داده است؛ منبعی که تاکنون بیشتر در حد یک نظریه باقی مانده و انرژی «پاک» و فراوانی را وعده میدهد که میتواند با آب دریا تغذیه شود.
این روبان، پلاسمایی درون رآکتور پیشرفتهی همجوشی وندلشتاین ۷-ایکس در آلمان بود که در ماه مه گذشته با «بطریکردن» مغناطیسی پلاسمای فوقداغ به مدت ۴۳ ثانیه، رکوردی تازه ثبت کرد؛ زمانی چندین برابر بیشتر از رکورد قبلی این دستگاه.
نتایج جدید در انرژی هسته ای فیوژن
سالهاست به شوخی گفته میشود که همجوشی همیشه «۳۰ سال» با ما فاصله دارد. اما آخرین نتایج نشان میدهد که دانشمندان و مهندسان سرانجام به این پیشبینی نزدیک شدهاند. تونی رولستون، مهندس هستهای دانشگاه کمبریج که در آزمایشهای وندلشتاین شرکت نداشت، میگوید: “فکر میکنم اکنون حدود ۱۵ تا ۲۰ سال با آن فاصله داریم. آهنرباهای ابررسانا که برای مهار پلاسما استفاده میشوند، تفاوت ایجاد میکنند.”
با این حال، نتیجهی وندلشتاین بهسرعت با دستاوردی بزرگتر از سوی محققان بریتانیایی در رآکتور Joint European Torus (JET) به چالش کشیده شد. آنها اعلام کردند که در آزمایشهای پایانی پیش از بازنشستگی این رآکتور در دسامبر ۲۰۲۳، پلاسما را حتی تا ۶۰ ثانیه مهار کردهاند. این نتایج هنوز بهطور رسمی منتشر نشده اما بهزودی در یک مجله علمی چاپ خواهد شد.
طبق بیانیهی موسسه فیزیک پلاسمای ماکس پلانک در آلمان، دادههای منتشرنشدهی JET و وندلشتاین، هر دو را به «رهبران مشترک» در تلاش برای کارکرد مداوم رآکتورهای همجوشی در دماهای بسیار بالا تبدیل میکند. با این حال، حجم پلاسما در JET سه برابر بزرگتر از وندلشتاین است که مزیتی قابل توجه محسوب میشود. این موضوع از نگاه محققان آلمانی به معنای آن است که در شرایط برابر، پروژهی وندلشتاین را باید پیشرو واقعی دانست.
رقابت دیرینه: استلاراتور در برابر توکامک
این رقابت دوستانه، ادامهی جدال دیرینه بین دو طراحی اصلی رآکتورهای همجوشی است:
- استلاراتورها مانند وندلشتاین ۷-ایکس، که پلاسما را تنها با آهنرباهای خارجی قدرتمند مهار میکنند.
- توکامکها مانند JET، که علاوه بر میدانهای مغناطیسی خارجی، جریان الکتریکی قدرتمندی را نیز در پلاسما القا میکنند.
هر دو رویکرد به نوعی محصورسازی مغناطیسی متکی هستند تا واکنش همجوشی بین ایزوتوپهای سنگین هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم را شعلهور کنند.
پیشرفتهای موازی در محصورسازی اینرسی
دستاوردهای اخیر پس از موفقیت تأسیسات ملی احتراق (NIF) در سال ۲۰۲۲ به دست آمده است. این مرکز در نزدیکی سانفرانسیسکو از روشی متفاوت به نام «محصورسازی اینرسی» بهره میبرد. در این روش، لیزرهای غولپیکر روی گلولهای کوچک از سوخت دوتریوم و تریتیوم متمرکز میشوند و واکنش همجوشی ایجاد میکنند که برای نخستین بار انرژی خالص تولید کرد. از آن زمان، تکرار این آزمایشها حتی انرژی بیشتری نیز تولید کرده است.
با این حال، روش محصورسازی اینرسی برای تولید برق چالشهای جدی دارد. لیزرهای NIF پیش از هر آزمایش بیش از ۱۲ ساعت زمان شارژ نیاز دارند و انرژی مصرفی آنها حدود ۱۰۰ برابر بیشتر از انرژی آزادشده از سوخت است. برآوردها نشان میدهد که یک نیروگاه همجوشی اینرسی باید حدود ۱۰ قرص سوخت را در هر ثانیه مشتعل کند تا برق پیوسته تولید شود؛ چالشی بزرگ که برخی استارتاپها در حال بررسی آن هستند.
آینده رآکتورهای مغناطیسی
بیشتر پروژههای همجوشی، از جمله ITER در فرانسه، مسیر محصورسازی مغناطیسی را دنبال میکنند. وندلشتاین ۷-ایکس به عنوان یک استلاراتور، به دلیل پایداری بالای پلاسما میتواند نسبت به توکامکها مدتزمان طولانیتری بدون آسیب به محفظه کار کند. محققان این پروژه قصد دارند بهزودی از رکورد یک دقیقه فراتر بروند و در نهایت به کارکرد مداوم بیش از نیم ساعت برسند.
نقش بخش خصوصی
چندین شرکت خصوصی نیز به این رقابت پیوستهاند.
- General Fusion در کانادا با فناوری هیبریدی MTF قصد دارد تا اوایل دههی ۲۰۳۰ برق همجوشی تولید کند.
- Commonwealth Fusion Systems در آمریکا روی ساخت توکامک فشرده ARC با توان ۴۰۰ مگاوات کار میکند.
ورود سرمایهی خصوصی، حتی بیش از سرمایهگذاری دولتی، امیدها به پیشرفت سریعتر این فناوری را افزایش داده است.
پیشرفتهای اخیر در وندلشتاین ۷-ایکس و JET نشان میدهد که همجوشی هستهای بیش از هر زمان دیگری به واقعیت نزدیک شده است. هنوز مشخص نیست که کدام فناوری — استلاراتور، توکامک یا محصورسازی اینرسی — برنده نهایی خواهد بود، اما مسیر رسیدن به این هدف روشنتر شده است. با وجود چالشهای مهندسی، ترکیب تلاشهای علمی و سرمایهگذاری گسترده میتواند در دهههای آینده این منبع پاک و بیپایان انرژی را به خدمت بشر درآورد.
دیدگاهتان را بنویسید