فرق همجوشی هستهای(nuclear fusion) و انرژی هستهای و بمبی که اوپنهامیر ساخت (nuclear fission) در چیست؟
به طور خلاصه Fission هسته سنگین را میشکند؛ Fusion هسته سبک را ترکیب میکند. Fission یا شکافت هستهای کاری هست که بمب اتم و انرژی هستهای که در حال حاضر استفاده میکنیم انجام میدهند اما fusion یا همجوشی هستهای اتفاقی است که در ستارهای مثل خورشید رخ میدهد.
بیاین بزرگترین پروژه همجوشی هستهای روی کرهی زمین رو کمی بررسی کنیم :
ITER : خورشید بر روی زمین
تصور کنید دنیایی را که در آن بتوانیم قدرت خورشید را بازسازی کرده و از انرژی آن برای تأمین نیازهای تمدن خود استفاده کنیم، بدون انتشار گازهای مضر یا کاهش منابع طبیعی. این رؤیا در قلب پروژه بینالمللی راکتور آزمایشی گرماهستهای (ITER) قرار دارد، پروژهای بزرگ که کشورها، متخصصان و دوراندیشان از سراسر جهان را کنار هم جمع کرده است. ITER چیزی بیش از یک تلاش علمی است؛ این نماد آرمان مشترک بشریت برای کشف رازهای جهان و ایجاد آیندهای روشنتر و پاکتر برای نسلهای آینده است.
این پروژه که در Saint-Paul-lez-Durance فرانسه قرار دارد، یکی از بلندپروازانهترین همکاریها در تاریخ بشریت است. هفت عضو—چین، اتحادیه اروپا، هند، ژاپن، روسیه، کره جنوبی و ایالات متحده—بهطور مشترک تلاش میکنند تا فرآیندهای همجوشی خورشید را بر روی زمین بازسازی کنند. این تلاش میتواند تولید انرژی را متحول کرده و راه را برای آیندهای پاکتر و پایدارتر هموار کند. حال بیایید به جزئیات این تلاش عظیم بپردازیم.
اهداف بزرگ ITER
پروژه ITER توسط چهار هدف بزرگ هدایت میشود، هر کدام نمایانگر گامی به جلو در درک و استفاده از انرژی همجوشی است. این اهداف نشاندهنده پتانسیل متحولکننده همجوشی و توانایی آن برای تعریف دوباره سیستمهای انرژی جهانی هستند:
-
تولید انرژی بیشتر از مقدار وارد شده: اولین و شاید بلندپروازانهترین هدف این است که به پلاسما همجوشی برسیم که ده برابر بیشتر از انرژی ورودی، انرژی گرمایی تولید کند. این پدیده که به عنوان Q=10 شناخته میشود، نشان میدهد که همجوشی میتواند یک منبع انرژی قابل استفاده در مقیاس بزرگ باشد. دستیابی به این هدف گامی اساسی برای تبدیل همجوشی به یک گزینه عملی و پایدار انرژی است.
-
تسلط بر همجوشی پایدار: همجوشی فقط به تولید انرژی محدود نمیشود—بلکه باید قابل نگهداری باشد. ITER هدف دارد که واکنشهای همجوشی را برای دورههای طولانی حفظ کند، با هدف قرار دادن پالسهایی که بین 400 تا 600 ثانیه دوام دارند. این سطح از پایداری برای راکتورهای تجاری آینده حیاتی است، اثبات اینکه انرژی همجوشی میتواند هم قدرتمند و هم قابل اعتماد باشد.
-
ایجاد چرخه سوخت خودکفا: تریتیوم، یکی از سوختهای کلیدی برای واکنشهای همجوشی، بر روی زمین کمیاب است. ITER تکنولوژیهایی را برای تولید تریتیوم با استفاده از لیتیوم آزمایش خواهد کرد و چرخه سوخت پایدار را تضمین خواهد کرد. این نوآوری میتواند یکی از بزرگترین چالشهای گسترش انرژی همجوشی را حل کند و راه را برای آیندهای باز کند که همجوشی به منابع محدود سوخت وابسته نباشد.
-
اثبات ایمنی و پایداری: انرژی همجوشی تأثیرات زیستمحیطی حداقلی را وعده میدهد، اما مأموریت ITER شامل نشان دادن این موضوع در سطح عملی نیز میشود. این پروژه نگرانیهایی مانند زبالهها، تابش و مدیریت مواد را بررسی خواهد کرد تا نشان دهد که همجوشی نه تنها قدرتمند بلکه ایمن و پایدار است. آزمایش دقیق و ارتباط شفاف برای ایجاد اعتماد عمومی و اطمینان حیاتی است.
جدول زمانی دستاوردها و چالشها
داستان ITER دههها پیش آغاز شد، زمانی که دانشمندان و سیاستگذاران همجوشی را به عنوان منبعی پاک برای انرژی تصور کردند. ساخت و ساز بهطور رسمی در سال 2007 آغاز شد و نقطه شروع یک تلاش چند دههای بود. تا سال 2020، مرحله مونتاژ در جریان بود و شامل نصب اجزای عظیمی از جمله هسته راکتور—توکاماک—شد. هر مرحله از این فرآیند نمایشی از نبوغ و پشتکار بشری است.
در طول این سالها، چالشهای فنی و مالی متعددی بر سر راه پروژه قرار گرفت. از تاخیر در زمانبندیها تا هزینههای رو به افزایش، ITER مجبور شد به طور مداوم خود را با شرایط جدید وفق دهد. با این حال، هر چالش فرصتی برای نوآوری و تقویت پایههای این پروژه عظیم فراهم کرد.
فناوریهای ITER: چگونه کار میکند
در قلب ITER، توکاماک قرار دارد—دستگاهی به شکل دونات که در آن جادو اتفاق میافتد. با استفاده از میدانهای مغناطیسی قدرتمند، توکاماک پلاسمایی را در دمای بیش از 150 میلیون درجه سانتیگراد مهار میکند و شرایط شدید یک ستاره را شبیهسازی میکند. این ماشینآلات فوقالعاده ستون فقرات پروژه است و شامل چندین مؤلفه پیشگامانه است:
-
آهنرباهای ابررسانا: یکی از قدرتمندترین آهنرباهای ساخته شده تا کنون که محدودیت مغناطیسی لازم برای واکنشهای همجوشی را فراهم میکند. مواد ابررسانا جریانهای الکتریکی عظیم بدون مقاومت را ممکن میسازند و مرزهای مهندسی را گسترش میدهند.
-
کریواستات: توکاماک در داخل یک ساختار فولادی عظیم قرار دارد که محیط خلأ فوقسردی ایجاد میکند. این محیط برای حفظ عملکرد آهنرباهای ابررسانا و تضمین پایداری سیستم ضروری است.
وقتی عملیاتی شود، توکاماک فرآیند همجوشی خورشید را شبیهسازی میکند، با ترکیب ایزوتوپهای هیدروژن—دوتریوم و تریتیوم—برای تشکیل هلیوم. واکنش حاصل انرژی عظیمی را آزاد میکند و تصویری از قدرت خورشید مهار شده بر روی زمین ارائه میدهد. تحقق این فرآیند در مقیاس بزرگ میتواند سیستمهای انرژی جهانی را برای همیشه متحول کند.
همکاری جهانی
پروژهٔ ITER نمونهای برجسته از همکاری بینالمللی در مقیاسی بیسابقه است که در آن هفت عضو اصلی—چین، اتحادیهٔ اروپا، هند، ژاپن، کرهٔ جنوبی، روسیه و ایالات متحده—به همراه شرکایی مانند استرالیا، کانادا، قزاقستان و تایلند در جهت دستیابی به انرژی همجوشی هستهای پایدار همکاری میکنند.
نقشها و مشارکتهای کلیدی اعضا:
-
چین: دانشمندان چینی با موفقیت اولین پنلهای فوق مقاوم در برابر حرارت را برای رآکتور ITER ساخته و آزمایش کردهاند که میتواند در برابر دماهای بالای ۱۵۰ میلیون درجهٔ سانتیگراد مقاومت کند.
-
اتحادیهٔ اروپا: به عنوان میزبان پروژه در فرانسه، اتحادیهٔ اروپا نقش مهمی در تأمین بودجه و ساخت اجزای کلیدی مانند کریواستات ایفا میکند.
-
ژاپن: تولید کابلهای ابررسانا برای سیستمهای مغناطیسی پیچیدهٔ رآکتور را بر عهده دارد که برای محصورسازی پلاسما ضروری هستند.
-
ایالات متحده: مشارکت در طراحی و ساخت اجزای مهم و همچنین ارائهٔ تخصص فنی در زمینههای مختلف مرتبط با همجوشی هستهای.
چالشهای همکاری بینالمللی
همکاری در چنین مقیاسی با چالشهای متعددی مواجه است، از جمله هماهنگی لجستیکی پیچیده، تفاوتهای فرهنگی و افزایش هزینهها. به عنوان مثال، طبق جدول زمانی جدید، رآکتور ITER تا سال ۲۰۳۴، یعنی ۹ سال دیرتر از زمانبندی کنونی، شروع به کار نخواهد کرد که این تأخیرها میتواند به افزایش هزینهها و پیچیدگیهای بیشتر منجر شود.
اهمیت استراتژیک پروژه
با وجود این چالشها، تعهد مستمر کشورهای عضو به پروژه نشاندهندهٔ اهمیت استراتژیک ITER در دستیابی به منبعی پایدار و پاک از انرژی برای آیندهٔ جهان است. این پروژه نه تنها به عنوان یک دستاورد علمی، بلکه به عنوان نمادی از همکاری و همبستگی بینالمللی در مواجهه با چالشهای جهانی مانند تغییرات اقلیمی و نیاز به منابع انرژی پایدار محسوب میشود.
چشمانداز آینده انرژی
با پیشرفت ITER، تصویری از آیندهای را ارائه میدهد که در آن انرژی فراوان، پاک و ایمن باشد. موفقیت این پروژه میتواند نویدبخش دوران جدیدی از نیروگاههای همجوشی باشد و راهحل پایداری برای بحران جهانی انرژی ارائه دهد. تصور کنید دنیایی که در آن انرژی به جای ایجاد تنش، کشورها را از طریق نوآوری مشترک متحد کند. این چشمانداز جوهره مأموریت ITER است.
با وجود چالشها، ITER نشان داده که چگونه میتوان از طریق همکاری بینالمللی و تعهد به نوآوری، مرزهای دانش و تکنولوژی را گسترش داد.
داستان ITER نمادی از نبوغ انسانی و تعقیب پیشرفتهای علمی است. این پروژه یادآور این است که راه دستیابی به نوآوریهای بزرگ همیشه آسان نیست، اما پاداشهای آن، آیندهای پاکتر و روشنتر برای همه، ارزش تلاش را دارد
