همجوشی هسته ای: آیا پیشرفتی در تاسیسات احتراق ملی ایالات متحده حاصل شده است؟

شایعات حاکی از آن است که تأسیسات احتراق ملی ایالات متحده پیشرفت قابل توجهی در گداخت هسته ای داشته است، اگرچه هنوز موانع زیادی برای غلبه بر آن وجود دارد.

توسط متیو اسپارکس

گفته می شود که یک راکتور همجوشی هسته ای برای اولین بار بیش از آنچه در آن صرف شده بود، انرژی تولید کرده است. در صورت تایید، نتایج تجربی ثابت خواهد کرد که همجوشی راهی مناسب برای پاسخگویی به نیازهای انرژی فزاینده سیاره با تکرار واکنشی است که میلیاردها سال در هسته خورشید ما رخ داده است – با برخی هشدارها.

چی شد؟

فیوژن همیشه وعده انرژی پاک و فراوان را داده است، اما تا همین اواخر یک رویا بود. در چند سال گذشته، آزمایش‌ها در سرتاسر جهان به‌طور فزاینده‌ای امیدوارکننده بوده‌اند، اما بسیار مهم است که همه آنها به انرژی بیشتری نسبت به تولیدشان نیاز دارند.

اکنون گزارش دهید زمان های مالی او پیشنهاد می کند که محققان آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور کالیفرنیا (LLNL) بر این مانع بزرگ غلبه کرده اند. راکتور همجوشی ملی تاسیسات احتراق ملی (NIF) آزمایشگاه از لیزرها برای تولید گرما و فشار استفاده می کند که دوتریوم و تریتیوم را به پلاسمایی تبدیل می کند که در آن همجوشی اتفاق می افتد. FT گزارش ها نشان می دهد که آزمایشی که در آن لیزر 2.1 مگاژول انرژی منتشر کرد، حدود 2.5 مگاژول تولید کرد که تقریباً 20 درصد افزایش داشت.

منابع در آزمایشگاه گفتند FT این داده ها هنوز در حال پردازش هستند، اما انرژی آزاد شده از واکنش همجوشی بیشتر از حد انتظار بود و به برخی تجهیزات تشخیصی آسیب رساند.

یکی از سخنگویان LLNL گفت: “تحلیل ما هنوز ادامه دارد، بنابراین در حال حاضر نمی توانیم جزئیات یا تاییدیه ای ارائه کنیم. ما مشتاقانه منتظر هستیم تا در روز سه شنبه هنگامی که این فرآیند کامل شد، اطلاعات بیشتری را به اشتراک بگذاریم.” دنیای جدیدبا اشاره به اعلامیه وزارت انرژی ایالات متحده که انتظار می رود در 13 دسامبر اعلام شود FT و منابعی که با آنها صحبت کردم دنیای جدید.

جیانلوکا ساری از دانشگاه کوئینز بلفاست می‌گوید تا زمانی که گزارش‌ها تایید نشده‌اند، احتیاط لازم است، اما اگر این واقعیت داشته باشد، یک نقطه عطف بزرگ است. او می‌گوید: «این یک امر مشخص نبود و مشخص نبود که بتوان آن را انجام داد. ما می دانیم که اکنون می توانیم روی زمین ادغام شویم.

پس فیوژن ترک خورده است؟

در حالی که توان خروجی بالاتر از لیزرهای انرژی دهنده راکتور NIF بسیار مثبت خواهد بود، هنوز کار زیادی برای انجام دادن وجود دارد.

برای اینکه راکتور به طور کلی مفید باشد، باید انرژی بیشتری از آنچه که در ابتدا در لیزر قرار داده شده بود تولید کند. ناکارآمدی تولید نور لیزر از الکتریسیته به این معنی است که در حال حاضر چنین نیست – ساری تخمین می‌زند که اگر 2.1 مگاژول انرژی توسط لیزر تولید می‌شد، NIF برای تحقق آن باید «ده‌ها» مگاژول از شبکه برق بکشد.

حتی زمانی که راکتور بتواند توان واقعی مورد نیاز لیزر را جبران کند، فقط یکسان می شود. برای اینکه همجوشی به یک جایگزین مناسب برای منابع انرژی موجود تبدیل شود، باید بتوانیم مقدار قابل توجهی انرژی خالص استخراج کنیم.

ساری می‌گوید: «اما نکته این است که این اولین بار است که نشان می‌دهند این امر از نظر علمی امکان‌پذیر است. از نظر تئوری، آنها می‌دانستند که باید این اتفاق بیفتد، اما هرگز به صورت تجربی در زندگی واقعی دیده نشده است. همه بیت‌های دیگر پیچیده هستند، اما هیچ عاملی برای ارائه وجود ندارد – این فقط یک مسئله فنی است.

بعدش چه اتفاقی افتاد؟

یک محقق گفت دنیای جدید آن شایعات در همین راستا FT این گزارش همراه با داده های اولیه در دانشگاه ها منتشر شده است و انتظار می رود این یافته ها در تاریخ 13 دسامبر به طور رسمی توسط وزارت انرژی تایید شود.

هنوز کارهای زیادی باقی مانده که باید انجام شود. راکتور NIF یک دستگاه تحقیقاتی مبتنی بر لیزر در همجوشی محصور شده اینرسی است که پلاسما را با لیزر فشرده می کند. این یک رویکرد متفاوت برای دستگاه‌های توکامک مغناطیسی است که در حال حاضر بزرگترین حوزه تحقیقات فیوژن است، بنابراین هنوز مشخص نیست که آیا این ماشین‌ها می‌توانند به همجوشی دست یابند.

به طور کلی، یک راکتور تجاری قابل دوام که بتواند به طور قابل اعتمادی توان بسیار بیشتری از آنچه به عنوان ورودی جذب می‌کند، برای دوره‌های زمانی طولانی تولید کند، احتمالاً ده‌ها سال دور است.

آیا گداخت هسته ای تغییرات آب و هوایی را حل می کند؟

اکثرا نه. اگر بتوانیم راکتورهای همجوشی کارآمد و قابل اعتماد بسازیم، نیازهای جهانی انرژی را می توان به راحتی و بدون ضایعات ناخوشایند برآورده کرد، زیرا محصول جانبی اصلی همجوشی هلیم است.

اما برای اینکه این اتفاق بیفتد، ما باید در مهندسی راکتورها مهارت داشته باشیم و سپس آنها را بسازیم. در حالی که فیزیک همجوشی به خوبی درک شده است، چالش های مهندسی درگیر در ایجاد یک راکتور فعال بسیار زیاد است و هزینه ها در حال حاضر بسیار زیاد است.

حتی نیروگاه‌های شکافت هسته‌ای آزمایش‌شده و آزمایش‌شده، آن‌هایی که برای دهه‌ها به آن‌ها تکیه کرده‌ایم، حدود ۵ سال طول می‌کشد تا بسازیم. راکتورهای همجوشی ممکن است بیشتر طول بکشد. به منظور حفظ گرمایش زمین زیر 1.5 درجه سانتیگراد، جهان باید فوراً انتشار کربن را کاهش دهد و تا سال 2030 آن را تا 43 درصد کاهش دهد. در حالی که همجوشی ممکن است بتواند نقشی در تأمین انرژی نیمه دوم قرن بیست و یکم ایفا کند، بعید است که راه حلی برای بحران آب و هوایی فوری باشد.