آزمایش همجوشی هسته‌ای به نقطه عطف مهمی در تولید انرژی دست یافت

عصر همجوشی هسته‌ای در راه است. پس از دهه‌ها کار توسط هزاران دانشمند، این درخت افسانه‌ای درحال میوه دادن است: اکنون می‌توان واکنشی همجوشی روی زمین داشت که نسبت به انرژی ورودی، انرژی بیشتری آزاد کند. این دستاورد که خبر آن در اواخر سال ۲۰۲۲ اعلام شد، اکنون تایید شده است.

همجوشی هسته‌ای به‌طور مستمر در ستاره‌ها اتفاق می‌افتد. عناصر سبک‌تر که معمولا شامل هیدروژن می‌شوند، همجوشی پیدا می‌کنند و به عناصر سنگین‌تر تبدیل می‌شوند. این واکنش مقدار زیادی انرژی تولید و سوخت ستاره‌ها را تامین می کند.

نتیجه‌ای که در ارتباط با خورشید برای ما ارزشمند است، این است که بخشی از انرژی حاصل از واکنش‌های همجوشی، انرژی مورد نیاز حیات روی زمین را تامین می‌کند. از زمانی که در قرن گذشته متوجه شدیم همجوشی چگونه کار می‌کند، انسان‌ها دراین‌باره کنجکاو بوده‌اند که آیا می‌توانیم آن را کنترل و برای خودمان استفاده کنیم یا خیر.

به دلیل نیاز به فشارها و دماهای بسیار بالایی که موجب می‌شود عناصر همجوشی پیدا و انرژی آزاد کنند، در آزمایشگاه نمی‌توانیم شرایطی را که در مرکز ستاره‌ها وجود دارد، بازسازی کنیم. برای دستیابی به این شرایط در آزمایشگاه، نیاز است که دماهای بسیار بالاتری فراهم کنیم و این امر به انرژی نیاز دارد. بنابراین، یکی از اهداف دانشمندان دستیابی به واکنشی همجوشی بوده است که مقدار انرژی تولیدی‌اش بیش از انرژی مورد نیاز برای شروع واکنش‌ها باشد. طرح‌های مختلفی برای این امر ارائه شده است.

به‌نوشته‌ی آی‌اف‌ال ساینس، اولین آزمایش موفق، آزمایش تاسیسات ملی احتراق (NIF) در ایالات متحده بوده و به رویکرد به هم‌جوشی لختی (Inertial Fusion) معروف است.

لیزرهای قدرتمند درون کپسولی معروف به هولورام فرستاده می‌شوند که حاوی گلوله‌ای دارای دو نوع هیدروژن سنگین است. درنتیجه‌ی برهم‌کنش میان لیزرها با هولورام، مقدار زیادی اشعه ایکس آزاد می‌شود که به سوخت برخورد می‌کند و فرایند همجوشی را آغاز می‌کند. در تاریخ ۵ دسامبر ۲۰۲۲ این سیستم ۳٫۱ مگاژول بازده همجوشی آزاد کرد. با توجه به اینکه پالس لیزر به ۲٫۰۵ مگاژول انرژی نیاز داشت، سیستم بیش از ۱۵۰ درصد انرژی موردنیاز برای آغاز واکنش‌ها را تولید کرد. البته این دستاورد گرچه ازنظر علمی قابل‌توجه است، برای نیروگاه واقعی کافی نیست و برای اینکه فرایند منطقی باشد، باید بازده بیش از ۱۰ برابر انرژی اولیه باشد.

با توجه به این موضوع که چنین دستاورد بزرگی به بررسی سختگیرانه نیاز دارد، دانشمندان به‌طور دقیق جزئیات اتفاقات ۱۴ ماه گذشته را بررسی کردند. یکی از رویدادهای جالب این بود که همجوشی منجر به گرم شدن مجدد هولورام تا سطح انرژی بالاتر از چیزی شد که لیزر می‌توانست تامین کند. توانایی ایجاد پلاسمای سوزان پایدار ممکن است سناریوی تحول‌آفرین برای اجرای هم‌جوشی لختی در نیروگاه واقعی باشد.

پژوهشگران نتایج آزمایش‌های خود را در قالب سه مقاله در مجله‌ی Physical Review Letters و دو مقاله در مجله‌ی Physical Review E منتشر کرده‌اند.