گداخت هسته‌اي

بر خلاف راكتورهاي شكافت هسته‌اي، گداخت هسته‌اي مي‌تواند راه‌حلي براي نياز روزافزون بشر به انرژي پاك باشد. پروژه بين‌المللي ايتر قرار است اين روياي قديمي را در آينده‌اي نه چندان دور به واقعيت برساند. شايد تبليغات وسيع در خصوص شكست روش همجوشي سرد باعث لكه‌دار شدن اعتبار اين حوزه شده باشد، اما فيزيك‌دانان از سال 1932 / 1311 با موفقيت توانسته‌اند هسته اتم‌ها را به روش هم‌جوشي گرم به يكديگر پيوند بزنند. امروزه محققان روش همجوشي گرم توانسته‌اند به يك منبع انرژي پاك دست يابند كه عاري از آلودگي‌هاي مرتبط با نيروگاه‌هاي شكافت هسته‌اي است. نيروگاه‌هاي همجوشي هسته‌اي ذوب نمي‌شوند، زباله‌هاي راديواكتيو توليد نمي‌كنند و سوخت آنها را به راحتي نمي‌توان براي ساخت سلاح استفاده كرد. به گزارش پاپ‌ساينس، در خط مقدم جبهه تلاش براي تحقق بخشيدن به نيروي حاصل از همجوشي، ITER قرار دارد: يك همكاري بين‌المللي براي ساخت بزرگ‌ترين راكتور هم‌جوشي دنيا. قلب پروژه هم‌جوشي يك توكامك (Tokamak) است، محفظه‌اي به شكل دونات كه واكنش هم‌جوشي در آنجا اتفاق مي‌افتد. ميدان مغناطيسي قوي اين وسيله، پلاسماي دوتريوم و تريتيوم را كه دو ايزوتوپ هيدروژن هستند، احاطه كرده است. در همين حال، پرتوهاي ذرات، امواج راديويي و مايكروويو، دماي پلاسما را به 150 ميليون درجه سانتي‌گراد مي‌رسانند؛ حرارتي كه براي انجام واكنش همجوشي لازم است. در طي واكنش، هسته‌هاي دوتريوم و تريتيوم ذوب مي‌شوند و يك اتم هليوم و يك نوترون توليد مي‌كنند. در يك نيروگاه همجوشي هسته‌اي، نوترون‌هاي پرانرژي ساختار Blanket را در توتاماك گرم مي‌كنند و اين حرارت براي راه‌اندازي توربين و توليد الكتريسيته مورد استفاده قرار مي‌گيرد. راكتور ايتر كه بزرگ‌ترين توتامك جهان خواهد بود، 500 مگاوات انرژي توليد مي‌كند كه معادل خروجي يك نيروگاه زغال‌سنگ است. اما ايتر برق توليد نخواهد كرد و تنها يك آزمايش عظيم فيزيك است، اگرچه مزاياي بالقوه بسياري دارد. تنها 1 گرم سوخت دوتريوم-تريتيوم مي‌تواند انرژي معادل 7600 ليتر نفت توليد كند. ريچارد پيتس، دانشمند ارشد پروژه مي‌گويد: «فرايند مورد استفاده در ايتر ذاتا بي‌خطر است. اين راكتور هرگز نمي‌تواند مشكلات دنياي شكافت هسته‌اي، مانند چرنوبيل و فوكوشيما را به وجود آورد. به همين دليل است كه تا اين اندازه جذاب است.» براي اينكه بتوان هم‌جوشي با استفاده از توتاماك را كاملا به صورت تجاري درآورد، توسعه‌دهندگان اين روش بايد بر چالش‌هاي مختلفي غلبه كنند. نخستين چالش مساله توليد تريتيوم (ايزوتوپ هيدروژن با 1 پروتون و 2 نوترون در هسته) است. در هر زماني فقط 23 كيلوگرم تريتيوم در كل دنيا وجود دارد، زيرا تريتيوم به صورت طبيعي توليد نمي‌شود و به سرعت نيز از بين مي‌رود. در مقابل، دوتريوم راديواكتيو نيست و مي‌توان آن را از تقطير آب استحصال كرد. اگرچه ايتر ممكن است بتواند از تريتيوم توليد شده توسط نيروگاه‌هاي هسته‌اي استفاده كند، اما يك نيروگاه همجوشي در مقياس واقعي بايد خودش منابع تريتويم مورد نيازش را تامين كند. براي اين منظور مي‌توان از نوترون‌هاي حاصل از واكنش همجوشي براي تبديل ليتيوم به تريتيوم استفاده كرد. علاوه بر مساله تريتيوم، فيزيك‌دانان بايد بفهمند چه موادي مي‌توانند به بهترين نحو در مقابل محصولات فرعي واكنش همجوشي كه باعث تخريب ديواره‌هاي توتاماك مي‌شوند، مقاومت كنند. در نهايت، راديواكتيويته پسمانده در تجهيزات مشكلاتي را براي تعمير و نگهداري به وجود مي‌آورد، زيرا كاركنان قادر نيستند با ايمني كافي در محل تجهيزات كار كنند. دانشمندان ايتر بايد روبات‌هايي را بسازند كه بتوانند قطعاتي به وزن 10 تن را تعويض كنند. ايتر آزمايش‌هاي خود را در سال 2019 / 1398 در فرانسه آغاز خواهد كرد. اگر اين آزمايش‌ها موفقيت‌آميز باشد، داده‌هاي به دست آمده از اين پروژه به گروه ايتر كمك خواهد كرد تا DEMO را طراحي كنند؛ نمونه‌اي تجربي از نيروگاه همجوشي 2 تا 4 هزار مگاواتي كه قرار است تا سال 2040 / 1420 ساخته شود. سوخت مهندسان دوتريوم و تريتيوم -دو ايزوتوپ هيدروژن- را به درون توتاماك كه يك محفظه خلاء دوناتي شكل است، تزريق مي‌كنند. پلاسما يك جريان قوي الكتريكي، گازهاي دوتريوم و تريتيوم را گرم و آنها را يونيزه مي‌كند و يك حلقه از پلاسما، سوپي سوزان از ذرات باردار را به وجود مي‌آورد. حرارت امواج راديويي، مايكروويو و پرتوهاي پر انرژي، دوتريوم پلاسما را گرم مي‌كنند. در دماهاي بالا، دوتريوم و تريتيوم ذوب مي‌شوند و يك اتم هليوم و يك نوترون را توليد مي‌كنند. حبس كردن اگر پلاسما با ديواره‌هاي توتاماك تماس پيدا كند، واكنش همجوشي از بين مي‌رود. به همين دليل، ذرات باردار در يك ميدان مغناطيسي حبس مي‌شوند. اين ميدان توسط 39 آهنرباي ابررساناي مركزگرا (Poloidal)، هلالي (Toroidal) و يك آهنرباي مركزي كه در خارج محفظه دونات شكل و درون هسته آن قرار دارند، ساخته مي‌شود. پوشش داخلي توتاماك توسط محفظه‌اي فولادي به ضخامت 0.5 متر پوشانده شده تا ديواره هاي آن را در مقابل نوترون‌هاي پر انرژي محافظت كند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: