راکتور هم جوشی هسته ای کره جنوبی به مدت ۳۰ ثانیه به دمای ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد رسید که حدود ۷ برابر دمای خورشید است؛ ایجاد خورشید مصنوعی روی زمین چه تحولی در تولید انرژی ایجاد می کند؟
صبح مشهد- دانشمندان سال هاست که در تلاش اند که از فرایند همجوشی هسته‌ای که منشأانرژی ستاره‌هایی مانند خورشید است، برای تولید انرژی استفاده کنند. ستاره‌های «نوع اصلی» مانند خورشید با اتصال اتم‌های هیدروژن تحت فشار و دمای بسیار بالا و تولید هلیوم می‌توانند ماده را به نور و حرارت بدل کنند و مقدار عظیمی انرژی به وجود آورند. اگر این شیوه تولید انرژی عملی شود، می‌توان به مقدار زیادی انرژی دست یافت بدون این که گازهای گلخانه‌ای یا زباله‌های رادیواکتیو با عمر طولانی ایجاد کرد. در این سال ها شاهد پژوهش ها و مطالعات زیاد و البته آزمایش هایی در خصوص تولید خورشید مصنوعی روی زمین بوده ایم اما پایداری دمای بالایی که به بیش از ۱۰۰ میلیون درجه می رسد هنوز امکان پذیر نشده و به تازگی کره جنوبی توانسته پلاسمای داخل خورشید مصنوعی را در ۱۰۰ درجه فارنهایت معادل ۷ برابر دمای خورشید به مدت ۳۰ ثانیه حفظ کند. گفته می شود راکتورهای همجوشی در نحوه تولید و مصرف انرژی، انقلاب بزرگی ایجاد خواهند کرد.
همجوشی هسته‌ای چیست؟
در زبان ساده همجوشی هسته ای، منبع اصلی انرژی خورشید است. تکامل ستارگان را می‌توان به عنوان گذر از مراحل مختلف مشاهده کرد زیرا واکنش‌های هسته‌ای باعث ایجاد تغییر ترکیبات آن ها در بازه‌های طولانی مدت می‌شوند. سوختن هیدروژن منبع انرژی همجوشی ستاره‌ها را تامین می‌کند و منجر به تشکیل هلیوم (He) می‌شود. تولید انرژی همجوشی برای کاربردهای عملی نیز به واکنش‌های همجوشی بین سبک‌ترین عناصر و تشکیل هلیوم متکی است. در حقیقت، ایزوتوپ‌های سنگین هیدروژن – دوتریوم (D) و تریتیوم (T) – با یکدیگر با کارایی بیشتری واکنش نشان می‌دهند و هنگامی که تحت همجوشی قرار می‌گیرند، در مقایسه با دو هسته هیدروژن، انرژی بیشتری در هر واکنش تولید می‌کنند. هسته هیدروژن از یک پروتون تشکیل شده است و هسته دوتریوم دارای یک پروتون و یک نوترون است، در حالی که تریتیوم دارای یک پروتون و دو نوترون است. در تعریف دیگر همجوشی هسته‌ای، واکنش بین عناصر سبک است که مانند واکنش شکافت باعث تقسیم عناصر سنگین می‌شوند که به دلیل ویژگی اصلی ماده هسته‌ای یعنی انرژی پیوند طی این فرایند انرژی آزاد می‌کند.
ساختار خورشید مصنوعی
این خورشید مینیاتوری دارای میدان الکترومغناطیسی است و توانایی پرتاب ذرات یونیزه را دارد. این وسیله آلومینیومی میلیون ها مرتبه از خورشید واقعی کوچک تر است و با تنها ۳ متر عرض، شبیه توپی است که سیم های مختلف به آن متصل شده. دانشمندان این خورشید کوچک را «توپ بزرگ قرمز» نام گذاری کرده اند. در مرکز این وسیله یک آهن ربا برای شبیه سازی میدان مغناطیسی خورشید قرار گرفته است. دانشمندان با تزریق هلیوم به آن، گاز درونی را یونیزه و به پلاسما تبدیل می کنند.
کارایی خورشید مصنوعی
اصلی ترین مزیت ساخت خورشید مصنوعی، توان فوق العاده آن برای تبدیل هیدروژن به انرژی پاک است. انرژی سبزی که زمین را از آلودگی های ناشی از سوخت های فعلی عاری و کمبود منابع انرژی را برطرف می سازد. گفته می شود این راکتور می تواند انرژی مورد نیاز دو میلیون خانوار را تامین کند و هیچ زباله رادیواکتیوی هم از خود به جا نمی گذارد. همچنین همجوشی هسته‌ای توسط آب دریا و لیتیوم تامین می‌شود که در زمین فراوان است پس برای تامین سوخت مورد نیاز راکتور هم مشکلی به وجود نمی آید.
خورشید مصنوعی به چه درد می‌خورد؟
در خورشید مصنوعی واکنش‌های بین دوتریوم و تریتیوم مهم‌ترین واکنش‌های همجوشی برای تولید برق کنترل شده است، پس نخستین کاربردهای خورشید مصنوعی تولید برق است. البته از این تکنیک می‌توان در برنامه هایی غیر از تولید برق نیز استفاده کرد. از جمله این کاربردها؛ تولید سوخت برای راکتورهای شکافت هسته‌ای، تولید سوخت مصنوعی و تولید گرما برای کاربردهای فرایند و گرمایش فضاست. کاربرد لیزر همجوشی هسته‌ای نیز یکی دیگر از کاربردهای این انرژی عظیم است.
کمک به محیط زیست با خورشید مصنوعی
برخلاف سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی که تهدیدی برای محیط‌زیست هستند، مواد خام مورد نیاز برای خورشید مصنوعی تقریبا به صورت نامحدود روی زمین موجود هستند. بنابراین، انرژی همجوشی به عنوان «انرژی نهایی» ایده آل و پاک برای آینده بشریت در نظر گرفته می‌شود. دانشمندان امیدوارند این راکتور بتواند به طور بالقوه منبع قدرتمندی از انرژی پاک را فراهم کند. در جریان همجوشی، بر عکس شکافت هسته ای، هیچ گاز گلخانه‌ای ساطع نمی‌شود و در نهایت خطر کمتری در زمینه بروز حوادث یا سرقت مواد اتمی وجود دارد.
تاریخچه و هزینه ساخت خورشید مصنوعی
درباره طرح ساخت این خورشید مصنوعی، ایرنا در گزارشی نوشته که از سال ۲۰۱۶ و با حضور ۳۵ کشور آغاز شده است. این طرح تاکنون با پنج سال تاخیر رو به رو شده و بودجه اولیه آن هم تا ۳ برابر افزایش داشته و به بیش از ۲۰ میلیارد یورو رسیده است. البته برخی رسانه ها مدعی شده اند طرح مونتاژ کوره قرار است تا سال ۲۰۲۴ ادامه یابد و انتظار می‌رود نتایج اولیه این طرح اواخر سال ۲۰۲۵ و اوایل ۲۰۲۶ مشخص شود. البته پیش از این دانشمندان چینی هم توانسته اند به مدت ۱۰۱ ثانیه دمای ۱۲۰ میلیون درجه را در راکتور حفظ کنند اما به دلیل احتمال ذوب‌شدگی نتوانستند بیشتر از این دما را در راکتور حفظ کنند.
در کشور ما هم سال هاست به دنبال همجوشی هسته ای هستند و در سال ۱۳۸۱ روزنامه گاردین گزارش داده بود که یک شرکت خارجی به همراه دانشگاه آزاد اسلامی تهران موافقت کرده‌اند که به اتفاق هم در یک پروژه هسته‌ای مربوط به همجوشی اتمی (گداخت) همکاری کنند. در سال ۱۳۹۵ هم دکتر علی‌اکبر صالحی رئیس وقت سازمان انرژی اتمی از ورود ایران به پروژه مهم همجوشی هسته ای بعد از یک دهه وقفه خبر داده بود اما خبری از نتیجه اقدامات منتشر نشده است.
معایب همجوشی هسته‌ای چیست؟
با تمام کاربردهای مثبت، خورشید مصنوعی بدون عیب هم نیست. همجوشی هسته‌ای هم بی‌نهایت دشوار و هم بسیار هزینه بردار است. کل هزینه ساخت راکتور آزمایشی بینالمللی گرما هسته‌ای (Thermonuclear )، مبلغی معادل ۲۲٫۵ میلیارد دلار برآورد شده است. البته تمامی راکتورهای همجوشی هسته‌ای در ابتدای راه خود هستند، ولی باز هم موفقیت کره ای ها برای حفظ چنین دماهایی در این بازه‌های زمانی امیدوار‌کننده است و می‌تواند نوید بخش آن باشد که نیاز بشر به انرژی پاک به میزان قابل توجه در آینده به آسانی فراهم شود.
البته اکثر دانشمندان روی این موضوع اتفاق نظر دارند که ما هنوز تا رسیدن به توان همجوشی پایدار و بادوام فاصله داریم؛ اما پیشرفت‌های تدریجی در درک بهتر موضوع و نتایج آزمایش‌ها همچنان ادامه دارد. آزمایشی که در سال ۲۰۲۱ انجام شد، واکنشی را ایجاد کرد که توانسته بود به اندازه کافی پرانرژی برای رسیدن به حالت خودپایداری باشد. از طرفی طرح‌های مفهومی برای یک راکتور تجاری در حال توسعه هستند. تمام این تلاش‌ها در حالی صورت می‌گیرد که کار روی راکتور همجوشی آزمایشی بزرگ ITER در فرانسه هم ادامه دارد. با این حال این آزمایش ها نشان می‌دهد که ایده انرژی همجوشی هسته‌ای در حال گذار از مشکلی فیزیکی به مسئله‌ای مهندسی است و احتمالا در سال های نه چندان دور آینده ،شاهد تامین برق و انرژی کشورها از طریق ساخت خورشید مصنوعی و راکتورهای همجوشی هسته ای خواهیم بود.
