آغاز عصر همجوشی هسته ای؛ پیشرفت بزرگ دانشمندان در تلاش برای مهار نیروی خورشید

در دومین آزمایش موفقیت آمیز، دانشمندان آمریکایی یک واکنش همجوشی هسته ای تولید کرده‌اند که انرژی مثبت حاصل از آن از آزمایش اولی که سال گذشته انجام دادند بیشتر بوده است. پس از دهه‌ها تلاش، این دومین بار در تاریخ است که دانشمندان به چنین موفقیتی دست می‌یابند که می‌تواند آغازگر عصر انرژی پاک‌تر و پایدار در آینده، خلاف آنچه تاکنون دیده‌ایم باشد.

رتبه بندی تولید برق هسته ای بر اساس کشورها؛ جایگاه ایران کجاست؟ [اینفوگرافیک]

چرا همجوشی هسته ای برای نیازهای جهانی انرژی تا این اندازه مهم است؟

ما هر روز قدرت عظیم همجوشی هسته ای را در عمل در خورشید می‌بینیم. در هسته خورشید، گرما و گرانش بسیار زیاد باعث ادغام هیدروژن در هلیوم می‌شود که می‌توان گفت در هر ساعت انرژی کافی برای روشن کردن ۲ هزار و ۸۸۰ تریلیون لامپ را تولید می‌کند.

ایجاد این نیرو روی زمین چالش برانگیز است اما اگر بخواهیم بحران انرژی جهان را حل کنیم ارزش تلاش را دارد.

به گفته آژانس بین المللی انرژی، کارشناسان انتظار دارند مصرف جهانی برق تا سال ۲۰۵۰ به رشد خود ادامه دهد. افزایش قیمت نفت و تلاش برای مهار انتشار گازهای گلخانه ای باعث افزایش تقاضا برای انرژی های تجدیدپذیر و سبزتر شده است. و فیوژن می‌تواند هر دو را فراهم کند.

فیوژن در مقایسه با سوخت های فسیلی بین ۲۰ تا ۱۰۰ میلیون برابر انرژی بیشتری به ازای هر کیلوگرم سوخت تولید می‌کند. حدود یک گرم سوخت برای همجوشی هسته ای معادل ۲۴۰۰ گالن نفت است.

منابع سوخت برای همجوشی هسته ای، آب دریا و لیتیوم نیز فراوان هستند و انرژی بدون کربن تولید می‌کنند. به این معنی که بر خلاف سوخت ‌های فسیلی، همجوشی هسته ‌ای به گازهای گلخانه ‌ای در جو که باعث تغییرات آب و هوایی می‌شوند، منجر نمی‌شود.

۲ پیشرفت بزرگ در همجوشی هسته ای

در دسامبر ۲۰۲۲، دانشمندان آمریکایی توانستند ۳.۱۵ مگاژول انرژی از یک آزمایش همجوشی هسته ای تولید کنند که ۱.۱ مگاژول بیشتر از انرژی بود که برای شروع واکنش مورد استفاده قرار گرفت.

این یک پیشرفت بزرگ بود و اولین بار بود که یک آزمایش همجوشی انرژی مازاد تولید می‌کرد. اما نتیجه آزمایش اخیر، از اولی هم بهتر بود زیرا نتایج اولیه آزمایش ۳۰ جولای ۲۰۲۳ خروجی بیش از ۳.۵ مگاژول را نشان داد.

هر دو آزمایش در تاسیسات ملی احتراق و علوم فوتونی که بخشی از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در ایالت کالیفرنیا آمریکاست انجام شد. با این حال، موفقیت این آزمایش، قبل از انتشار جزئیات بیشتر، نیاز به تجزیه و تحلیل بیشتری دارد.

با وجود این موفقیت‌ها دانشمندان هنوز برای دستیابی به انقلاب همجوشی هسته ای چند چالش پیش رو دارند و دهه‌ها طول می‌کشد تا این فناوری با روش‌های فعلی تولید انرژی قابل رقابت باشد. اما این یک گام امیدوارکننده دیگر برای آینده انرژی پاک است.

تفاوت بمب اتمی و هسته ای؛ قدرت انفجار کدام یک بیشتر است؟

چرا همجوشی هسته ای از شکافت هسته ای بهتر است؟

نیروگاه های هسته ای کنونی از شکافت برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. برخلاف همجوشی که برای تولید انرژی اتم‌ها را به یکدیگر پیوند می‌دهد، شکافت اتم‌ها را از هم جدا می‌کند.

شکافت در واقع همان چیزی است که به بمب‌ های اتمی نیرو می‌دهد، و اولین بار در «پروژه منهتن» به رهبری رابرت اوپنهایمر استفاده شد. در نهایت، دانشمندان یاد گرفتند که برای تولید انرژی در رآکتورها از شکافت استفاده کنند.

با این حال، برای برخی، هدف نهایی، شکافت نیست، بلکه رآکتورهای همجوشی است.

عمر رآکتورهای هسته ای فعال در جهان چقدر است؟ + نمودار

هم همجوشی و هم شکافت مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کنند. اما پیوند دادن دو هسته هیدروژن برای تشکیل هلیوم، ضایعات هسته‌ای دیرپا که از تجزیه اورانیوم و پلوتونیوم تولید می‌شود را تولید نمی‌کند.

در حالی که شکافت یک واکنش زنجیره ای ایجاد می‌کند، رآکتورهای همجوشی هسته ای آینده این کار را نمی‌کنند و از خطر ذوب جلوگیری می‌کنند.

به گفته آژانس بین المللی انرژی اتمی، همجوشی می‌تواند چهار برابر بیشتر از شکافت انرژی ایجاد کند.