درون بزرگ‌ترین راكتور همجوشی دنیا چه خبر است؟

بر خلاف راكتورهای شكافت هسته‌ای، گداخت هسته‌ای می‌تواند راه‌حلی برای نیاز روزافزون بشر به انرژی پاك باشد. پروژه بین‌المللی ایتر قرار است این رویای قدیمی را در آینده‌ای نه چندان دور به واقعیت برساند.


شاید تبلیغات وسیع در خصوص شكست روش همجوشی سرد باعث لكه‌دار شدن اعتبار این حوزه شده باشد، اما فیزیك‌دانان از سال 1932 / 1311 با موفقیت توانسته‌اند هسته اتم‌ها را به روش هم‌جوشی گرم به یكدیگر پیوند بزنند.

امروزه محققان روش همجوشی گرم توانسته‌اند به یك منبع انرژی پاك دست یابند كه عاری از آلودگی‌های مرتبط با نیروگاه‌های شكافت هسته‌ای است.

نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای ذوب نمی‌شوند، زباله‌های رادیواكتیو تولید نمی‌كنند و سوخت آنها را به راحتی نمی‌توان برای ساخت سلاح استفاده كرد.

به گزارش پاپ‌ساینس، در خط مقدم جبهه تلاش برای تحقق بخشیدن به نیروی حاصل از همجوشی، ITER قرار دارد: یك همكاری بین‌المللی برای ساخت بزرگ‌ترین راكتور هم‌جوشی دنیا.

قلب پروژه هم‌جوشی یك توكامك (Tokamak) است، محفظه‌ای به شكل دونات كه واكنش هم‌جوشی در آنجا اتفاق می‌افتد. میدان مغناطیسی قوی این وسیله، پلاسمای دوتریوم و تریتیوم را كه دو ایزوتوپ هیدروژن هستند، احاطه كرده است.

در همین حال، پرتوهای ذرات، امواج رادیویی و مایكروویو، دمای پلاسما را به 150 میلیون درجه سانتی‌گراد می‌رسانند؛ حرارتی كه برای انجام واكنش همجوشی لازم است. در طی واكنش، هسته‌های دوتریوم و تریتیوم ذوب می‌شوند و یك اتم هلیوم و یك نوترون تولید می‌كنند.

در یك نیروگاه همجوشی هسته‌ای، نوترون‌های پرانرژی ساختار Blanket را در توتاماك گرم می‌كنند و این حرارت برای راه‌اندازی توربین و تولید الكتریسیته مورد استفاده قرار می‌گیرد.

راكتور ایتر كه بزرگ‌ترین توتامك جهان خواهد بود، 500 مگاوات انرژی تولید می‌كند كه معادل خروجی یك نیروگاه زغال‌سنگ است. اما ایتر برق تولید نخواهد كرد و تنها یك آزمایش عظیم فیزیك است، اگرچه مزایای بالقوه بسیاری دارد. تنها 1 گرم سوخت دوتریوم-تریتیوم می‌تواند انرژی معادل 7600 لیتر نفت تولید كند.

ریچارد پیتس، دانشمند ارشد پروژه می‌گوید: «فرایند مورد استفاده در ایتر ذاتا بی‌خطر است. این راكتور هرگز نمی‌تواند مشكلات دنیای شكافت هسته‌ای، مانند چرنوبیل و فوكوشیما را به وجود آورد. به همین دلیل است كه تا این اندازه جذاب است.»

برای اینكه بتوان هم‌جوشی با استفاده از توتاماك را كاملا به صورت تجاری درآورد، توسعه‌دهندگان این روش باید بر چالش‌های مختلفی غلبه كنند. نخستین چالش مساله تولید تریتیوم (ایزوتوپ هیدروژن با 1 پروتون و 2 نوترون در هسته) است.

در هر زمانی فقط 23 كیلوگرم تریتیوم در كل دنیا وجود دارد، زیرا تریتیوم به صورت طبیعی تولید نمی‌شود و به سرعت نیز از بین می‌رود. در مقابل، دوتریوم رادیواكتیو نیست و می‌توان آن را از تقطیر آب استحصال كرد.

اگرچه ایتر ممكن است بتواند از تریتیوم تولید شده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده كند، اما یك نیروگاه همجوشی در مقیاس واقعی باید خودش منابع تریتویم مورد نیازش را تامین كند. برای این منظور می‌توان از نوترون‌های حاصل از واكنش همجوشی برای تبدیل لیتیوم به تریتیوم استفاده كرد.

علاوه بر مساله تریتیوم، فیزیك‌دانان باید بفهمند چه موادی می‌توانند به بهترین نحو در مقابل محصولات فرعی واكنش همجوشی كه باعث تخریب دیواره‌های توتاماك می‌شوند، مقاومت كنند.

در نهایت، رادیواكتیویته پسمانده در تجهیزات مشكلاتی را برای تعمیر و نگهداری به وجود می‌آورد، زیرا كاركنان قادر نیستند با ایمنی كافی در محل تجهیزات كار كنند. دانشمندان ایتر باید روبات‌هایی را بسازند كه بتوانند قطعاتی به وزن 10 تن را تعویض كنند.

ایتر آزمایش‌های خود را در سال 2019 / 1398 در فرانسه آغاز خواهد كرد. اگر این آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز باشد، داده‌های به دست آمده از این پروژه به گروه ایتر كمك خواهد كرد تا DEMO را طراحی كنند؛ نمونه‌ای تجربی از نیروگاه همجوشی 2 تا 4 هزار مگاواتی كه قرار است تا سال 2040 / 1420 ساخته شود.

سوخت

مهندسان دوتریوم و تریتیوم -دو ایزوتوپ هیدروژن- را به درون توتاماك كه یك محفظه خلاء دوناتی شكل است، تزریق می‌كنند.

پلاسما

یك جریان قوی الكتریكی، گازهای دوتریوم و تریتیوم را گرم و آنها را یونیزه می‌كند و یك حلقه از پلاسما، سوپی سوزان از ذرات باردار را به وجود می‌آورد.

حرارت

امواج رادیویی، مایكروویو و پرتوهای پر انرژی، دوتریوم پلاسما را گرم می‌كنند. در دماهای بالا، دوتریوم و تریتیوم ذوب می‌شوند و یك اتم هلیوم و یك نوترون را تولید می‌كنند.

حبس كردن

اگر پلاسما با دیواره‌های توتاماك تماس پیدا كند، واكنش همجوشی از بین می‌رود. به همین دلیل، ذرات باردار در یك میدان مغناطیسی حبس می‌شوند. این میدان توسط 39 آهنربای ابررسانای مركزگرا (Poloidal)، هلالی (Toroidal) و یك آهنربای مركزی كه در خارج محفظه دونات شكل و درون هسته آن قرار دارند، ساخته می‌شود.

پوشش داخلی

توتاماك توسط محفظه‌ای فولادی به ضخامت 0.5 متر پوشانده شده تا دیواره های آن را در مقابل نوترون‌های پر انرژی محافظت كند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: