راکتور همجوشی هسته ای کره در مدت 30 ثانیه به 100 میلیون درجه سانتیگراد رسید.

آزمایش مداوم و پایدار جدیدترین شواهدی است که نشان می دهد همجوشی هسته ای از یک مشکل فیزیکی به یک مشکل مهندسی در حال حرکت است.

توسط متیو اسپارکس

واکنش همجوشی هسته ای در دمای بیش از 100 میلیون درجه سانتیگراد 30 ثانیه طول کشید. در حالی که مدت زمان و دما به تنهایی ثبت نمی شوند، دستیابی همزمان به گرما و پایداری ما را یک گام به یک راکتور همجوشی پایدار نزدیکتر می کند – تا زمانی که فناوری مورد استفاده را بتوان افزایش داد.

اکثر دانشمندان موافقند که نیروی قابل دوام همجوشی هنوز چندین دهه باقی مانده است، اما پیشرفت های فزاینده در درک و نتایج هنوز در راه است. آزمایشی که در سال 2021 انجام شد، واکنشی به اندازه کافی فعال ایجاد کرد که خودکفا باشد، و طرح‌های مفهومی برای یک راکتور تجاری در حال توسعه است، در حالی که کار روی یک راکتور همجوشی آزمایشی بزرگ ITER در فرانسه ادامه دارد.

اکنون یونگ سو نا از دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی و همکارانش موفق شده‌اند واکنشی را در دمای بسیار بالا که برای یک راکتور قابل دوام لازم است انجام دهند و وضعیت مواد یونیزه داغ را که از درون دستگاه منشا می‌گیرد برای 30 دقیقه ثابت نگه دارند. ثانیه

کنترل به اصطلاح پلاسما حیاتی است. اگر با دیواره های راکتور برخورد کند، به سرعت سرد می شود و واکنش را خفه می کند و آسیب قابل توجهی به محفظه نگهدارنده آن وارد می کند. محققان معمولاً از اشکال مختلفی از میدان‌های مغناطیسی برای مهار پلاسما استفاده می‌کنند – برخی از یک مانع انتقال لبه (ETB) استفاده می‌کنند که پلاسما را با بریدگی شدید فشار در نزدیکی دیواره راکتور می‌سازد، شرایطی که از خروج گرما و پلاسما جلوگیری می‌کند. برخی دیگر از یک مانع انتقال داخلی (ITB) استفاده می کنند که فشار بیشتری را در نزدیکی مرکز پلاسما ایجاد می کند. اما هر دو می توانند بی ثباتی ایجاد کنند.

تیم Na از فناوری اصلاح شده ITB در ابزار تحقیقاتی پیشرفته ابررسانا کره ای توکاماک (KSTAR) استفاده کرد و به چگالی پلاسما بسیار کمتری دست یافت. به نظر می رسد رویکرد آنها باعث افزایش و کاهش دما در هسته پلاسما در نوک می شود که می تواند عمر اجزای راکتور را افزایش دهد.

دومینیک پاور از امپریال کالج لندن می‌گوید برای افزایش توان تولیدی یک راکتور، می‌توانید پلاسما را واقعاً داغ کنید، آن را واقعا متراکم کنید یا زمان حبس را افزایش دهید.

او می‌گوید: «این تیم کشف کردند که چگالی محصور شدن در واقع کمی کمتر از حالت‌های عملیاتی معمولی است، که لزوماً چیز بدی نیست، زیرا با دمای بالای هسته جبران می‌شود.» “مطمئناً هیجان انگیز است، اما عدم قطعیت زیادی در مورد اینکه ما چقدر فیزیک را در مقیاس سخت افزاری بزرگتر درک می کنیم وجود دارد. بنابراین چیزی مانند ITER بسیار بسیار بزرگتر از KSTAR خواهد بود.”

Na می‌گوید که چگالی کمتر کلیدی است و یون‌های «سریع» یا فعال‌تر در هسته پلاسما – به اصطلاح بهبود سریع تنظیم‌شده یونی (FIRE) – جزء جدایی‌ناپذیر تثبیت هستند. اما تیم هنوز به طور کامل مکانیسم های مربوطه را درک نکرده است.

این تعامل به دلیل محدودیت های سخت افزاری تنها پس از 30 ثانیه متوقف شد و دوره های طولانی تری در آینده ممکن است. KSTAR اکنون برای ارتقاء بسته شده است و اجزای کربن روی دیواره راکتور با تنگستن جایگزین شده است که Na می گوید تکرارپذیری آزمایش ها را بهبود می بخشد.

لی مارگیتز از دانشگاه منچستر بریتانیا می گوید که فیزیک راکتورهای همجوشی به خوبی درک شده است، اما موانع فنی وجود دارد که قبل از ساخت یک نیروگاه در حال کار باید بر آنها غلبه کرد. بخشی از آن توسعه راه هایی برای جذب گرما از راکتور و استفاده از آن برای تولید جریان الکتریکی خواهد بود.

او می گوید: این فیزیک نیست، مهندسی است. اگر فقط از نقطه نظر یک نیروگاه گازی یا زغال‌سنگ به این موضوع فکر کنید، اگر چیزی نداشته باشید که گرما را از بین ببرد، افرادی که آن را اداره می‌کنند می‌گویند باید آن را خاموش کنیم زیرا خیلی گرم می‌شود. و نیروگاه را ذوب می‌کند، که دقیقاً وضعیت اینجاست.»

برایان اپلبی از امپریال کالج لندن موافق است که چالش های علمی باقی مانده در تحقیقات همجوشی باید قابل دستیابی باشد و FIRE یک گام به جلو است، اما تجاری سازی دشوار خواهد بود.

او می‌گوید: «رویکرد همجوشی محصور شده مغناطیسی برای حل مشکل بعدی که با آن مواجه است، سابقه بسیار طولانی در توسعه دارد. “اما چیزی که من را کمی عصبی یا نامطمئن می کند، چالش های مهندسی ساخت یک نیروگاه اقتصادی بر این اساس است.”

مرجع مجله: طبیعت خلق و خوDOI: 10.1038/s41586-022-05008-1