نگاهی به رآکتور هم جوشی هسته‌ای ایتر
«رآکتور گرماهسته‌ای آزمایشی بین‌المللی» که با نام ایتر ITERشناخته می‌شود، مجموعه ای از فناوری‌های مختلف است. سیم لوله مرکزی آن یکی از بزرگ ترین و قدرتمندترین آهن رباهای ابررسانای دنیا است؛ یک آهن‌ربای هزار تُنی پنج طبقه که در قلب رآکتور قرار دارد. سیم لوله، از ۳۵۳۹۸ متر (۲۲ مایل) کابل ابررسانا تشکیل شده و پس از راه اندازی، ۱۵ میلیون آمپر جریان الکتریسیته را در پلاسمای ایتر هدایت خواهد کرد. این میزان برق، میلیون ها برابر بیشتر از برقی است که داخل یک خانه مصرف می‌شود.
کابل‌های آهن رباهای ایتر از جنس دو ماده ابرسانای قلع و نیوبیم هستند و طول آنها ۱۰۰ هزار کیلومتر است. این مقدار کابل را می‌توان دو دور پیرامون مدار استوای زمین پیچاند.
یکی از مزایای رآکتور هم جوشی هسته‌ای ایتر این است که خطر ذوب شدن سوخت هسته ای در آن وجود ندارد. مزیت دیگر این است که همجوشی هسته‌ای در آن، زباله رادیواکتیو با ماندگاری زیاد تولید نمی کند، چون مواد به کار رفته به مدت ۱۰۰ تا ۳۰۰ سال قابل بازیافت یا استفاده مجدد هستند.
***
واکنش‌های هم جوشی هسته‌ای، انرژی خورشید و ستاره‌ها را تأمین می‌کنند. در واکنش همجوشی، دو هسته سبک با هم ادغام می‌شوند تا یک هسته سنگین‌تر را به وجود آورند. این فرایند انرژی آزاد می کند، چون جرم کلی هسته سنگین جدید از جرم دو هسته اولیه کمتر است. جرم باقی مانده تبدیل به انرژی می‌شود. معادله معروف E=mc2که انیشتین برای توضیح رابطه بین جرم و انرژی و قابل تبدیل بودن ماده و انرژی به یکدیگر فرمول‌بندی کرد شرح می دهد که فرایند آزادسازی انرژی در اثر همجوشی هسته‌ای چگونه اتفاق می افتد. اگر دانشمندان راهی برای مهار انرژی حاصل از همجوشی در دستگاه‌های ساخت بشر ابداع کنند، تولید انرژی به روشی کارآمد امکان‌پذیر خواهد شد. انرژی ناشی از همجوشی هسته‌ای می تواند یک منبع تجدیدپذیر مؤثر و مکمل انواع دیگر انرژی های تجدیدپذیر باشد.
خورشید با تولید نور و گرما طی فرایند همجوشی هسته ای اکنون میلیاردها سال است به سیاره زمین حیات می‌بخشد. نیرو و دوام این انرژی گواه این است که به سختی می‌توان راه بهتری غیر از الگوبرداری از همان فعل و انفعالات هسته‌ای برای تولید انرژی یافت.
رآکتورهای همجوشی هسته‌ای با آمیختن اتم‌های هیدروژن برای تولید هلیم، هدف روشنی را دنبال می‌کنند و آن بازسازی فرایندهای هسته ای طبیعت است. هلیم که پس از هیدروژن دومین عنصر سبک در جهان هستی است انرژی را به شکل گرما آزاد می‌کند. تکرار این روند در مقیاس گسترده می تواند به شکل‌گیری یک منبع انرژی ایمن، پاک و تقریباً پایان ناپذیر بیانجامد. تلاش برای دست‌یابی به این انرژی دهه‌ها پیش آغاز شد و طبقه گفته‌ها هنوز ۳۰ سال با آن فاصله داریم. با این حال، با دستاورد بزرگی که پس از یک آزمایش همجوشی هسته‌ای در اواخر سال ۲۰۲۱ در تأسیسات پژوهشی JETدر آکسفوردشر انگلستان حاصل شد، امید برای کوتاه شدن سال‌های انتظار بیشتر شده است. این اتفاق در دستگاهی غول پیکر شبیه به یک دونات رخ داد: چمبره توکامک (tokamak).
توکامک واژه‌ای روسی است و به یک دستگاه کروی توخالی و چمبره ای شکل اشاره دارد که با استفاده از میدان مغناطیسی، پلاسما را محصور می‌کند. درون چمبره توکاماک گازهایی که پلاسما نام دارند در معرض حرارت فوق‌العاده زیاد قرار می‌گیرند. واکنش های همجوشی در این دو گاز که دوتریوم و تریتیوم هستند ایجاد می‌شوند. آنها ذرات بارداری دارند که توسط میدان‌های مغناطیسی قدرتمند در جای خود نگه داشته می شوند. دمای این پلاسماها تا ۱۵۰ میلیون درجه سلسیوس هم می رسد، یعنی گرمایی ده برابر داغ تر از هسته خورشید!
پژوهشگران کنسرسیوم هم جوشی هسته‌ای اروپا توانستند از یک انفجار پنج ثانیه ای در چمبره توکامک JET، ۵۹ مگاژول انرژی همجوشی آزاد کنند. این مقدار سه برابر رکورد قبلی در سال ۱۹۹۷ بود، انفجاری که در همین چمبره به آزادسازی ۷ر۲۱ مگاژول انرژی انجامید. نتیجه آن با عنوان “بارزترین نماد پتانسیل فرایند همجوشی در تولید انرژی ایمن، کم کربن و تجدیدپذیر در ربع قرن” اعلام شد.
نتیجه‌ای که در سال گذشته از پروژه JETبه دست آمد یک موفقیت بسیار بزرگ محسوب می شود که با حضور ۴۸۰۰ متخصص، دانشجو و تأسیسات از سراسر دنیا به انجام رسید. انرژی تولید شده از واکنش همجوشی JETفقط چند ثانیه دوام داشت؛ بنابراین هدف در پروژه بعدی این است که پایداری واکنشی که انرژی از آن رها می‌شود را بالا ببرند.
دیواره توکامک ابتدا از کربن ساخته شد اما کربن در حضور دوتریوم و تریتیوم که دو ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن و لازمه واکنش همجوشی هستند رفتاری بیش از حد واکنشی داشت. این امر منجر به تشکیل هیدروکربن شد و سوخت تریتیوم را در دیواره محبوس کرد.
در نتیجه دیواره دیگری ساخته شد متشکل از ۱۶۰۰۰ قطعه و ۴۰۰۰ تُن فلز. این بار به جای کربن از بریلیم و تنگستن استفاده کردند تا به تریتیوم آزادی عمل بیشتری بدهند. تیم سازنده در نهایت توانستند تا چندین برابر از میزان به دام‌افتادگی این سوخت کم کنند که نتیجه آن تولید مقدار قابل توجهی انرژی بود.
رکورد ۵۹ مگاژول پیشرفت بزرگی بود و زمینه را برای فاز بعدی توسعه هم جوشی هسته‌ای فراهم آورد. اکنون تأسیسات بزرگ‌تر و پیشرفته‌تری در دست ساخت است که نام ایتر (ITER)به معنی “راه” برایش انتخاب شده و در زمینی به مساحت ۱۸۰ هکتار در جنوب فرانسه برپا می‌شود.
ایتر، مخفف «رآکتور گرماهسته ای آزمایشی بین المللی»، یک پروژه هسته ای است که ۳۵ کشور از جمله اعضای اتحادیه اروپا در آن شرکت دارند. توکامک ایتر یکی از پیچیده‌ترین و بزرگ ترین دستگاه‌هایی خواهد بود که در تاریخ بشر ساخته می شود. برنامه تولید نخستین پلاسمای آن برای سال ۲۰۲۵ در نظر گرفته شده است و انجام عملیات با توان بالا در آن برای حوالی سال ۲۰۳۵ پیش‌بینی می شود؛ اگر چه پژوهشگران انتظار دارند به دلیل شیوع پاندمی کووید-۱۹ این پروژه با کمی تأخیر به اتمام برسد.
انرژی همجوشی که توکامک ایتر تولید خواهد کرد، ده برابر بیشتر از انرژی به کار رفته برای حرارت دادن پلاسمای درون آن خواهد بود اما با توجه به این که این تأسیسات آزمایشی هستند، هیچ جریان الکتریسیته‌ای به شبکه برق منتقل نخواهد کرد. توکامک جِت ثابت کرده‌است که هم جوشی هسته‌ای پاک امری محتمل است اما ایتر باید ثابت کند که رسیدن به آن به مراتب محتمل‌تر و باورپذیرتر است. به روزرسانی‌هایی که در تأسیسات جت انجام می‌شوند تضمین می‌کنند که ترکیب بندی و تنظیمات آن هم‌تراز و هم‌سو با طرح های ایتر هستند.
گام فراتر از ایتر برای آینده، ساخت یک نیروگاه برق به نام DEMOاست که هدف از طراحی آن رساندن جریان الکتریسیته به شبکه برق خواهد بود. بدین ترتیب، نیروگاه‌های همجوشی در آینده به یک واقعیت صنعتی و تجاری مبدل خواهند شد. ساخت نیروگاه برق هم جوشی آینده DEMO به طور حتم نشان خواهد داد که تولید برق از طریق همجوشی هسته‌ای واقعیتی کاملاً کاربردی است.
طبق طراحی انجام شده، DEMOقادر خواهد بود تا ۵۰۰ مگاوات به شبکه برق رسانی کند و پیش بینی می‌شود که حدود سال ۲۰۵۰ راه اندازی شود.
code
اکبر عزیزی اقدامی دیر، اما باارزش