استفاده از بزرگترین لیزر جهان برای شروع یک واکنش همجوشی هسته‌ای نوآورانه

دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (Lawrence Livermore National Laboratory) در کالیفرنیا به موفقیت بزرگی در زمینه همجوشی هسته‌ای دست یافتند. این آزمایش امیدی تازه را برای یک منبع انرژی جدید بدون کربن ایجاد کرده‌ است. برای اطلاع از جزییات این آزمایش علمی با اروتک همراه باشید.

این تیم از بزرگترین لیزر جهان برای شروع یک واکنش همجوشی استفاده کرد. طی این فرآیند انرژی بیشتری نسبت به مقدار انتقال آن تولید شد که نقطه عطفی تاریخی در جستجوی یک منبع انرژی هسته‌ای پاک است. گداخت هسته‌ای مدت‌هاست به‌عنوان راه‌حلی بالقوه برای نیازهای انرژی جهان تلقی می‌شود، چراکه می‌تواند برق فراوانی را بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای یا تولید زباله‌های هسته‌ای فراهم کند.

این آزمایش چگونه انجام شد؟

تیم آزمایشگاه لاورنس لیورمور از روشی به نام محصورسازی اینرسی در تأسیسات احتراق ملی (NIF) برای هدف قرار دادن یک کره کوچک از سوخت دوتریوم-تریتیوم با کمک 192 لیزر استفاده کرد. در این آزمایش اشعه ایکس به داخل یک قوطی طلا متمرکز و کره سوخت منفجر می‌شود. لیزرها 2.1 مگاژول انرژی را انتقال داده و در مقابل 3.15 مگاژول تولید کردند که به افزایش انرژی همجوشی به بالای 1 رسید. این نتیجه توسط ابزارهای تشخیصی توسعه‌یافته توسط مرکز علوم پلاسما و فیوژن (PSFC) انستیتو ام‌آی‌تی تأیید شد. طیف‌سنج نوترونی بازگشتی مغناطیسی، یکی از سیستم‌های کلیدی مورداستفاده برای اندازه‌گیری بازده مطلق نوترون از آزمایش بود، زیرا می‌تواند سیگنال‌های نوترونی حاصل از انفجار را به‌طور دقیق تفسیر کند.

محققان در سراسر جهان از اواخر دهه 1950 برای دستیابی به اشتعال همجوشی و افزایش انرژی در محیط آزمایشگاهی کار می‌کنند و آن را به عنوان یک چالش بزرگ برای قرن بیست و یکم می‌شناسند. برای دستیابی به احتراق، قدرت گرمایش همجوشی داخلی باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند بر فرآیندهایی که پلاسمای همجوشی را خنک می‌کنند، غلبه و یک حلقه بازخورد مثبت ایجاد کند که به سرعت دمای پلاسما را افزایش می‌دهد. روش محصورسازی اینرسی که محققان NIF (تاسیسات احتراق ملی) استفاده می‌کنند، می‌تواند “انتشار سوخت مشتعل‌شده” را در سوخت متراکم و سرد اطراف آغاز کند که منجر به کسب انرژی از همجوشی می‌شود.

این ایده چه معنایی برای آینده دارد؟

دستاورد آزمایشگاه لاورنس لیورمور، رویای همجوشی هسته‌ای به‌عنوان یک منبع انرژی قابل‌دوام را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند، اما توجه به این نکته مهم است که این فناوری هنوز 20 تا 30 سال تا قابل اجرا شدن در مقیاس تجاری فاصله دارد. این جدول زمانی، همجوشی را فراتر از محدوده استفاده قابل‌توجه برای دستیابی به اهداف انتشار صفر کربن در جهان تا سال 2050 قرار می‌دهد، به این معنی که همجوشی می‌تواند منبع انرژی بدون کربن در آینده باشد اما نه برای انتقال انرژی فعلی جهانی.

با این حال، تیم آزمایشگاه لاورنس لیورمور مصمم است که مرزهای ممکن را با همجوشی هسته‌ای پیش ببرد. برای انجام این کار، آنها باید استفاده از لیزر را کامل کنند و مقدار انرژی تولید‌شده در واکنش را افزایش دهند. این امر مستلزم کالیبراسیون دقیق و همچنین احتمالاً ارتقاء خودِ تأسیسات است که به بودجه و تأیید وزارت انرژی نیاز دارد.

آرتور پاک، رهبر این تیم، در مورد اهمیت موفقیت آن‌ها در مصاحبه با بلومبرگ گفت: “شما می‌توانید تمام حرفه خود را صرف کار روی این فرآیند کنید و هرگز این لحظه را نبینید. شما این کار را انجام می‌دهید زیرا به مقصد اعتقاد دارید و این چالش را دوست دارید. وقتی انسان‌ها گرد هم می‌آیند و به‌صورت جمعی کار می‌کنند، می‌توانند کارهای شگفت‌انگیزی انجام دهند.”

هدف نهایی؛ انجام ساده‌تر و تکرارپذیرتر فرآیند همجوشی هسته‌ای

آزمایش همجوشی بعدی برای این تیم در آزمایشگاه لاورنس لیورمور برای فوریه 2023 و چندین آزمایش دیگر در ماه‌های بعد برنامه‌ریزی شده است. پاک و همکارانش در حال حاضر با وظیفه دلهره‌آور تکرار مطمئن این فرآیند با بازده انرژی بیشتر روبه‌رو هستند. هدف نهایی آن‌ها این است که فرآیند همجوشی هسته‌ای را ساده‌تر، آسان‌تر و تکرارپذیرتر کنند تا بتوان آن را بیش از یک بار در روز انجام داد. این یک چالش علمی و مهندسی باورنکردنی است، اما چالشی که این تیم کاملاً آماده انجام آن است.

پتانسیل همجوشی هسته‌ای به عنوان یک منبع انرژی برای دهه‌ها تخیل علمی را به خود جلب کرده است. قبلاً برای دادن قدرت ویرانگر به سلاح‌های هسته‌ای مدرن از این فرآیند استفاده می‌شد، اما رویا این است که آن را برای تقاضای انرژی غیرنظامی کنترل کنیم. این پیشرفت اخیر ما را یک قدم به استفاده از قدرت همجوشی هسته‌ای به‌عنوان یک منبع عملی و قابل‌اعتماد انرژی برای خانه‌ها، مشاغل و کل جوامع نزدیک‌تر می‌کند. پتانسیل این کشف برای متحول کردن روش تولید و استفاده از انرژی واقعاً هیجان‌انگیز و نویدبخش آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر است.

منبع: Interestingengineering