رکوردی دیگر برای خورشید مصنوعی؛ همجوشی هسته ای به ۶ برابر دمای خورشید رسید

چندی پیش، در نقطه‌‌ی کوچکی از چین و تنها برای چند لحظه، میزان حرارت به‌‌اندازه‌‌ای رسید که حتی حرارت خورشید نیز دیگر در برابر آن به چشم نمی‌‌آمد.

دانشمندان این هفته اعلام کردند که راکتور تحقیقاتی پیشرفته‌‌ی ابررسانایی توکوماک (EAST) در شهر هفئی چین، به دمای نهایی بیش از ۱۰۰ میلیون درجه‌‌ی سلسیوس دست یافته و با ثبت یک رکورد جدید در فناوری هم‌‌جوشی، ما را یک گام دیگر به عصر نوین انرژی نزدیک‌تر کرده است.

مهار این مقدار عظیم از انرژی آزاد‌‌شده از هم‌‌جوشی اتم‌ها، اصلاً کار آسانی نیست. برای پرتاب این ذرات با نیروی کافی، شما باید ذرات را تحت فشاری غیرقابل‌‌تصور قرار دهید یا آن‌‌ها را با شدت بسیار به یکدیگر بکوبید. در حال حاضر، مؤسسه‌‌ی علوم فیزیکی هفئی در آکادمی علوم چین نشان داده است که دستیابی به چنین برخوردی امکان‌‌پذیر است.

اگر بخواهیم روی زمین نیز، به چنین هدفی دست یابیم، ما به کوره‌ای با دمای خیلی بالاتر نیاز خواهیم داشت؛ یعنی دمایی تقریباً هفت برابر داغ‌تر از دمای درون خورشید. سپس باید این سوپ داغ از هیدروژن را آن‌‌قدر نگه داریم که برای تولید انرژی به‌‌صرفه باشد.

اگر بتوانیم در این امر موفق شویم، نتایج حاصل بسیار چشمگیر خواهند بود. میزان پسماندهای رادیواکتیو فناوری گداخت هسته‌ای بر خلاف فناوری شکافت هسته‌ای (که در آن انرژی مازاد، از فروپاشی اتم‌های بزرگ به عناصر کوچک‌تر حاصل می‌‌شود)، بسیار ناچیز است. در حقیقت، بخش اعظمی از خروجی نهایی گداخت ایزوتوپ‌های هیدروژن، عنصر هلیوم خواهد بود.

پژوهشگران در سراسر جهان در حال آزمایش انواع مختلفی از فناوری هستند که بتواند گرمای کافی را برای آغاز فرایند گداخت هسته‌‌ای ایجاد کنند. EAST نیز تنها یکی از تأسیسات بی‌‌شماری است که در حال آزمودن قابلیت‌‌های این فناوری است.

در برخی از روش‌‌ها، پلاسما را به درون یک حلقه‌‌ی فلزی غول‌پیکر تزریق می‌کنند که منجر به معلق ماندن ذرات باردار در میدان ‌های مغناطیسی می‌‌شود. این روش، سازوکاری را برای حرارت‌‌دهی پایدار اتم‌‌ها فراهم می‌‌کند؛ با این حال، هنوز به روشی برای ثابت نگه داشتن حلقه‌‌ی پلاسما نیاز داریم.

استلاتورهایی نظیر Wendelstein 7-X در آلمان، به‌‌وسیله‌‌ی تعداد زیادی از سیم‌‌پیچ‌‌های مغناطیسی، حلقه‌‌ی پلاسما را در جای خود ثابت نگه می‌‌دارند. این روش، کنترل بهتری را به دنبال خواهد داشت؛ اما همچنان برای رسیدن به سطوح بالاتر از دما، با چالش‌‌هایی مواجه‌‌ است.

چندی پیش، W7-X موفق شد تا هلیوم را به دمای حدود ۴۰ میلیون درجه‌‌ی سلسیوس برساند. این یک پیشرفت مهم نسبت به گذشته محسوب می‌‌شد؛ اما تا رسیدن به دمای مطلوب ۱۰۰ میلیون درجه برای شروع فرایند هم‌‌جوشی فاصله‌‌ی زیادی داریم.

راکتور توکوماک‌‌ EAST از میدان‌های مغناطیسی تولید‌‌شده توسط جریان پلاسمای خود، برای پایدار کردن لرزش‌‌های آن استفاده می‌کنند. این روش منجر به کاهش پایداری دستگاه می‌‌‌‌شود؛ با این حال، به فیزیکدانان اجازه می‌دهد تا به سطوح بالاتری از دما دست یابند.

در سال ۲۰۱۷، این راکتور با نگه داشتن پلاسما در یک سطح انرژی بالا برای بازه‌‌ی زمانی حدود ۱۰۱/۲ ثانیه، توانست رکوردی جدید را ثبت کند.

نگه‌‌داشتن اتم‌های داغ در چنین مدتی، یک گام حیاتی در مسیر دریافت انرژی از پلاسما محسوب می‌‌شد، اما اکنون آن‌ها باید دما را به‌‌اندازه‌‌ای کافی بالا ببرند تا شرایط برای هم‌‌جوشی اتم‌‌ها و تولید انرژی بیشتر (نسبت به انرژی مصرف فرایند) فراهم شود.

رسیدن به این هدف، آزمایش‌های بسیار و البته اصلاحاتی ظریف را می‌طلبد. روش EAST بر مبنای ترکیبی صحیح از روش‌‌های گوناگون حرارت‌‌دهی است که منجر به تولید پلاسما با غلظت مناسب می‌‌شود. نتیجه‌‌ی نهایی، ابری از ذرات باردار حاوی الکترون‌های داغ با دمایی بیش از ۱۰۰ میلیون درجه بود.

به‌نظر می‌‌رسد ما به‌‌طرز وسوسه‌‌انگیز به ساخت یک منبع جدید از انرژی پاک نزدیک هستیم و هر دستاورد جدیدی، گامی مهم برای رسیدن به این هدف محسوب می‌‌شود. اما هنوز چند چالش جدی پیش روی ماست. برای مثال، بیایید سوخت موردنیاز در این فرایند را در نظر بگیریم.

دانستن اینکه چگونه و چه زمانی خواهیم توانست بر چنین موانعی فائق آییم، تنها در حد حدس و گمان باقی مانده است. با این حال، رسیدن به دمای مناسب، یک حرکت بزرگ بود و مسلماً ارزش آن را دارد که هنوز به فناوری گداخت هسته‌‌ای امیدوار باشیم.

از زمانی که این راکتور در سال ۲۰۰۶ ساخته شد، راکتور EAST توانست لقب «خورشید مصنوعی» را از آن خود کند. با اینکه مدت‌‌ها بود که این راکتور نتواسته بود عملکردی درخور لقب خود داشته باشد، اکنون با خیال راحت می‌توانیم بگوییم که این دستاورد بشر، واقعاً لیاقت چنین عنوانی را داشته است.