پیشرفتهای تازه ای در آزمایشهای ساخت رآکتور‌های همجوشی

بازسازی خورشید روی زمین

اولین‌بار در آذرماه پارسال، دانشمندان آمریکایی به بهره خالص انرژی در یک واکنش همجوشی هسته‌ای دست یافتند. حالا پژوهشگران تأسیسات ملی احتراق آمریکا (NIF) اعلام کرده‌اند که راکتور همجوشی هسته‌ای آن‌ها مکرراً به «احتراق» دست یافته است. به عبارت دیگر، این رآکتور توانسته انرژی خروجی بالاتری نسبت به انرژی مصرف‌شده خود داشته باشد.

NIF در سال ۲۰۲۳ موفق شده است چندین‌بار این دستاورد را تکرار کند و قدم مهمی درزمینه حرکت به‌سمت تولید انرژی پاک بردارد. «ریچارد تاون»، فیزیکدان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور که پارسال برای اولین‌بار به این موفقیت دست یافته بود، درباره این خبر می‌گوید: «حس بسیار خوبی دارم. فکر می‌کنم همه ما باید به این دستاورد افتخار کنیم.»

به گزارش دیجیاتو، NIF به‌عنوان یک نیروگاه ساخته نشده، درعوض یک تأسیسات تحقیقاتی برای بازتولید و مطالعه واکنش‌هایی است که حین انفجار‌های گرماهسته‌ای رخ می‌دهد.

کانال عصر ایران در تلگرام

این تأسیسات دستیابی به نرخ بازدهی بالاتر درزمینه همجوشی را ممکن کرده و اشتیاق نسبت به استفاده از این روش برای تولید انرژی پاک را افزایش داده است.

دستاورد‌های NIF در احتراق همجوشی هسته‌ای

در NIF از ۱۹۲ پرتو لیزری برای شلیک به قرص یخ‌زده‌ای از دوتریوم و تریتیوم استفاده می‌شود که دو ایزوتوپ هیدروژن هستند. این تأسیسات در آزمایشی در تاریخ ۵ دسامبر ۲۰۲۲، در واکنش همجوشی توانست تقریباً ۵۴ درصد بیشتر از انرژی پرتو‌های لیزر ورودی، انرژی تولید کند. مقدار این انرژی ۲.۰۵ مگاژول بود.

در ادامه، در ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۳، این تأسیسات با تولید ۳.۸۸ مگاژول رکورد قبلی خود را شکست. این آزمایش از افزایش ۸۹ درصدی انرژی خروجی نسبت به انرژی ورودی خبر می‌داد.

دانشمندان سپس در دو آزمایش دیگر در اکتبر ۲۰۲۳، بازهم به احتراق دست پیدا کردند. همچنین محاسبات این آزمایشگاه نشان می‌دهد که دو اقدام دیگر در ماه ژوئن و سپتامبر ۲۰۲۳ نیز منجر به دستیابی به خالص انرژی مثبت شد، اما این انرژی خروجی آن‌قدر زیاد نبود که تحت عنوان احتراق تأیید شود.

اگرچه دستاورد دانشمندان در این زمینه هنوز نقایصی دارد، اما آن‌ها حالا به آینده امیدوارترند. بسیاری از کارشناسان اعتقاد دارند که با دستاورد‌های دو سال اخیر، حوزه تولید انرژی از طریق رآکتور‌های همجوشی وارد عصر جدیدی شده است.

پیگیری توسعه فناوری همجوشی هسته ای در چین

خورشید مصنوعی چینی بازهم رکورد زد

چین با بهره برداری موفقیت آمیز از خورشید مصنوعی تریلیون دلاری خود به دستاوردی اساسی در توسعه فناوری همجوشی هسته ای دست یافته است. این پیشرفت انقلابی می تواند پیامدهای گسترده ای برای بازارهای جهانی انرژی داشته باشد و منبع انرژی پاک، تجدید پذیر و بالقوه نامحدودی را فراهم کند. راکتور همجوشی چینی نوعی دستگاه گرما هسته ای است که از پلاسمای فوق داغ و آهنرباهای قدرتمند برای تولید همجوشی هسته ای استفاده می کند.

این فرآیند دو عنصر سبک مانند هیدروژن یا هلیوم را در دماها و فشارهای بسیار بالا برای تولید انرژی ترکیب می کند. از دهه ۱۹۵۰ در دست توسعه بوده است، اما اخیراً به نقطه ای رسیده است که می توان از آن به صورت تجاری استفاده کرد.

هدف از این فناوری ایجاد یک شکل جایگزین از تولید انرژی است که هم پاک و هم قابل تجدید باشد. همجوشی هسته‌ای برخلاف سوخت‌های فسیلی هیچ انتشار کربنی ندارد، به این معنی که منجر به تغییرات آب و هوایی یا آلودگی هوا نمی‌شوند.

علاوه بر این، مقدار سوخت مورد نیاز برای مقدار معینی از انرژی خروجی بسیار کمتر از سایر اشکال تولید انرژی است و در دراز مدت آن را مقرون به صرفه می کند. طراحی راکتور همجوشی چینی بر اساس دهه‌ها تحقیق در مورد دستگاه‌های هسته‌ای و سیستم‌های محصور مغناطیسی است که برای محتوی ذرات پلاسمای داغ در دما و فشار بسیار بالا استفاده می‌شود.

این راکتور از آهنرباهای قدرتمند استفاده می‌کند که در یک ظرف دونات شکل معروف به "توکامک" قرار گرفته‌اند که پلاسمای داغ را در داخل محدود می‌کند و در عین حال سطح دما و فشار آن را نیز کنترل می کند. علاوه بر این، از سیستم های خنک کننده مختلفی برای اطمینان از اینکه تمام اجزا در طول عملیات در پارامترهای عملکرد ایمن باقی می مانند، استفاده می شود.

در نهایت، ابتکارات تحقیقاتی فعلی در چین در رابطه با خورشیدهای مصنوعی بر بهبود پایداری و کارایی و در عین حال کاهش هزینه‌های مربوط به ساخت چنین رآکتورهایی تمرکز دارد. علاوه بر این، محققان در حال مطالعه کاربردهای بالقوه برای این راکتورها فراتر از تولید الکتریسیته، از اکتشاف فضا گرفته تا ایجاد مواد جدید با خواص منحصر به فردی هستند که امروزه در طبیعت یافت نمی شوند.

این دستاورد جدید نقطه عطف مهمی برای برنامه تحقیقات هسته ای چین است و ممکن است کشورهای دیگر در سراسر جهان را برای پیگیری پروژه های مشابه در آینده ترغیب کند. این دستاورد نه تنها نشان دهنده قدرت فناوری چین در توسعه فناوری های پیشرفته مانند این است، بلکه امیدی برای آینده ای پایدارتر از طریق ابزارهای پاک تر تولید انرژی ایجاد می کند.

منبع: خبر آنلاین

پیشرفتی تاریخی در دانش؛ دانشمندان برای نخستین‌بار به «آتش همجوشی» دست یافتند

پیشرفتی تاریخی در علم؛ دانشمندان برای اولین‌بار به «احتراق همجوشی» دست پیدا کردند

دانشمندان آمریکایی توانسته‌اند با 2.05 مگاژول انرژی، به 3.15 مگاژول انرژی دست پیدا کنند تا یک گام به دستیابی به انرژی همجوشی هسته‌ای نزدیک‌تر شویم.

---

دانشمندان از یکی از مهم‌ترین آستانه‌ها برای دستیابی به انرژی همجوشی عبور کردند. تیمی از پژوهشگران در آزمایشگاه ملی «لارنس لیورمور» آمریکا اولین واکنش کوچک همجوشی شناخته‌شده با «بهره خالص انرژی» یا انرژی آزادشده بالاتر از انرژی مصرف‌شده برای شروع واکنش را خلق و به «احتراق همجوشی» دست پیدا کردند. این اولین‌باری است که بشر موفق به انجام چنین کاری می‌شود.

 

دانشمندان آمریکایی در تاریخ 5 دسامبر (14 آذرماه) به چنین موفقیتی دست پیدا کردند. پژوهشگران از 192 لیزر در مرکز ملی آتش برای بمباران یک سیلندر حاوی هیدروژن منجمدشده که توسط الماس احاطه شده بود، استفاده کردند.

 

 

این تابش لیزرها با یک گلوله سوختی از دوتریوم و تریتیوم با 2.05 مگاژول انرژی برخورد کرد. این موضوع منجر به ایجاد موجی از ذرات نوترونی و خروجی 3.15 مگاژول انرژی شد. این افزایش تنها معادل حدود 0.68 کیلوگرم TNT است، با این حال برای برآورده‌کردن معیارهای آتش (احتراق) همجوشی کافی بود.

 

قدمی بزرگ برای دستیابی به انرژی همجوشی هسته‌ای

چندین دهه می‌شود که دانشمندان روی انرژی همجوشی هسته‌ای کار می‌کنند. تأسیسات ملی آتش (احتراق) در سال 2009 کار خود را شروع کرد، با این حال سال 2014 فناوری همجوشی مبتنی بر لیزر توانست حجم قابل قبولی انرژی تولید کند.

 

پیشرفت‌های این مرکز در سال گذشته میلادی سرعت گرفت و دانشمندان توانستند در آگوست سال گذشته میلادی حجم بالایی انرژی تولید کنند. خروجی دانشمندان معادل 70 درصد انرژی لازم برای شکل‌گیری واکنش بود. تلاش پژوهشگران در ماه سپتامبر منجر به تولید 1.2 مگاژول انرژی به وسیله انفجار 2.05 مگاژولی شد. اما حالا دانشمندان توانسته‌اند انرژی تولیدشده بالاتری را نسبت به انرژی مصرف‌شده تجربه کنند و به آتش (احتراق) همجوشی دست یابند.

 

جنیفر گرنهولم، وزیر انرژی آمریکا

 

با وجود این موفقیت، آزمایشگاه لانرس لیورمور و وزارت انرژی آمریکا در کنفرانسی که برای این دستاورد برگزار شد، به این موضوع اشاره کردند که هنوز تا تجاری‌شدن رآکتورهای همجوشی هسته‌ای فاصله زیادی داریم و کارهای زیادی باقی‌مانده‌اند.

 

دانشمندان باید تعداد واکنش‌ها در هر دقیقه را بهبود دهند و فرایند را ساده‌تر کنند تا بتوانند به‌راحتی آن را تکرار کنند. علاوه بر این موارد، باید مقیاس تولید انرژی به اندازه‌ای افزایش پیدا کند تا بتواند انرژی موردنیاز خانه‌ها را تأمین کند تا توسعه چنین سیستم‌هایی توجیه داشته باشد.

 

در حالی که چندین دهه از ایجاد رآکتورهای هسته‌ای می‌گذرد، اما آن‌ها از شکافت هسته‌ای و نه همجوشی هسته‌ای استفاده می‌کنند. در همجوشی هسته‌ای برخلاف شکافت هسته‌ای، اتم‌های کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند تا اتم‌های بزرگ‌تر به وجود بیایند و این واکنش انرژی بسیار زیادی آزاد می‌کند.

 

همجوشی هسته‌ای نه تنها آلودگی دی‌اکسید کربن ندارد، بلکه نسبت به نیروگاه‌های هسته‌ای کنونی انرژی بسیار بیشتری تولید می‌کند، خطر فاجعه هسته‌ای ندارد و همچنین زباله‌های رادیواکتیو بسیار کمتری تولید می‌‎کند.

 

با توجه به این مزایا، همجوشی هسته‌ای یکی از بهترین راه‌حل‌ها برای تولید انرژی پاک و مقابله با گرمایش جهانی محسوب می‌شود. در حالی که استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در سال‌های اخیر افزایش چشمگیری داشته، اما رآکتورهای همجوشی هسته‌ای می‌توانند رؤیای انسان برای دستیابی به منبع انرژی پاک نامحدود را پدیدار (محقق) کنند.

بهره گیری بزودی از انرژی همجوشی مانند خورشید، روی زمین

استفاده قریب‌الوقوع از انرژی همجوشی خورشید روی زمین

توکامک یکی از گونه‌های مختلف از دستگاه‌های هم‌جوشی محصورسازی مغناطیسی و یکی از نامزدها برای تولید کنترل قدرت همجوشی گرما است که بیشترین تحقیق روی آن انجام شده‌ است.

شرکت "توکاماک انرژی" مستقر در بریتانیا به تازگی نتایج جدیدترین آزمایش‌ها و یافته‌های خود را منتشر کرده و ادعا کرده است که فاصله‌ای با بهره‌گیری تجاری از انرژی همجوشی روی زمین ندارد.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، شرکت خصوصی توسعه انرژی همجوشی "توکامک انرژی"(Tokamak Energy) اخیراً یک به‌روزرسانی در مورد پیشرفت خود در راه تحقق انرژی همجوشی خورشید منتشر کرده است. این بیانیه مطبوعاتی نشان می‌دهد که این شرکت مستقر در آکسفورد بریتانیا آخرین نتایج آزمایش‌های نمونه اولیه "توکاماک کروی فشرده ST۴۰" خود را در ماه گذشته ارائه کرده است.

این نتایج نشان داده که "ST۴۰" به شرایط مورد نیاز برای گرم‌ترین دمای پلاسما که تاکنون در یک توکاماک کروی به دست آمده، دست یافته است.

توکاماک‌ها رآکتورهایی هستند که توسط شرکت‌هایی از جمله "توکاماک انرژی" و همچنین "سیستم‌های همجوشی مشترک المنافع" تحت حمایت "بیل گیتس" و "موسسه انرژی همجوشی کره جنوبی" که اخیراً با رساندن رآکتور خود به دمای یک میلیون درجه به مدت ۳۰ ثانیه رکورد جدیدی را به ثبت رسانده است، در حال توسعه هستند.

اگرچه دیگر توکاماک‌ها مانند رآکتور مؤسسه انرژی همجوشی کره جنوبی موسوم به "JSTAR" به دمای بالاتری نسبت به رآکتور شرکت "توکاماک انرژی" دست یافته‌اند، اما این شرکت بریتانیایی معتقد است که نوع رآکتوری که این شرکت در حال توسعه آن است برای تحقق نیروی همجوشی تجاری بادوام، بسیار حیاتی است.

این شرکت در بیانیه مطبوعاتی خود می‌گوید: توکامک‌های معمولی قبلاً به دمای بالاتری دست یافته‌اند، اما در دستگاه‌های بسیار بزرگ‌تر. کلید توسعه انرژی همجوشی تجاری دستیابی به پلاسمای پایدار در این دماهای بالا در دستگاه‌های فشرده مانند "توکامک کروی" است و این در حالی است که شرکت "توکامک انرژی" به نقطه عطف مهم دمای ۱۰۰ میلیون درجه پلاسما نزدیک می‌شود.

توکامک یکی از گونه‌های مختلف از دستگاه‌های هم‌جوشی محصورسازی مغناطیسی و یکی از نامزدها برای تولید کنترل قدرت همجوشی گرما است که بیشترین تحقیق روی آن انجام شده‌ است.

از لحاظ نظری، رآکتورهای همجوشی هسته‌ای می‌توانند انرژی بی حد و حصری تولید کنند. با این حال، کلید دوام بخشیدن به همجوشی تجاری، تولید انرژی بیشتر از آنچه ماشین‌ها برای کارکردن در وهله اول نیاز دارند، است.

همجوشی هسته‌ای واکنشی است که خورشید و ستارگان برای تولید انرژی از آن استفاده می‌کنند. در این واکنش، دو اتم با هم برخورد می‌کنند و هسته سنگین‌تری را تشکیل می‌دهند و مقادیر عظیمی انرژی آزاد می‌کنند. در یک توکاماک، آهنرباهای فوق العاده قوی برای کنترل و تثبیت پلاسمای سوزان در دماهای فوق العاده بالا مورد نیاز است.

قدرت همجوشی یک شکل نظری از تولید انرژی است که در آن انرژی با استفاده از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای برای تولید حرارت و در نتیجه تولید برق تولید می‌شود. در یک فرآیند تلفیقی، دو هسته اتمی سبک‌تر ترکیب می‌شوند تا یک هسته سنگین را تشکیل دهند و در عین حال انرژی آزاد کنند. این همان فرآیندی است که به ستاره‌هایی مانند خورشید قدرت می‌دهد. دستگاه‌های طراحی شده برای مهار این انرژی به عنوان "رآکتورهای همجوشی" شناخته می‌شوند.

فرآیندهای همجوشی نیاز به سوخت و یک محدوده بسیار کم با دمای بالا و فشار دارد تا پلاسمایی را ایجاد کند که در آن همجوشی می‌تواند رخ دهد. در ستارگان، هیدروژن سوخت رایج است و گرانش، دمای بالای مورد نیاز برای همجوشی را ایجاد می‌کند. رآکتورهای همجوشی به‌ طور کلی از ایزوتوپ‌های هیدروژن مانند دوتریوم و تریتیوم استفاده می‌کنند که به راحتی واکنش نشان می‌دهند و پلاسمای محدودی از میلیون‌ها درجه را با استفاده از روش‌های مرسوم(لیزر) یا روش‌های مغناطیسی(توکاماک و مشابه) ایجاد می‌کنند.

چالش اصلی در تحقق قدرت همجوشی عبارت است از مهندسی سیستمی که بتواند پلاسما را به اندازه کافی در دما و چگالی بالایی داشته باشد تا واکنش به صورت طولانی مدت رخ دهد. انتظار می‌رود که همجوشی هسته‌ای به عنوان یک منبع انرژی چندین مزیت نظری نسبت به شکافت هسته‌ای داشته باشد. این مزیت شامل کاهش میزان واپاشی هسته‌ای، کم شدن ضایعات هسته‌ای، منابع سوختی فراوان و افزایش ایمنی است. با این حال همجوشی کنترل شده به لحاظ عملی و اقتصادی بسیار دشوار است. تحقیق در رآکتورهای همجوشی در دهه ۱۹۴۰ میلادی آغاز شد، اما تا به امروز به صورت تجاری تحقق نیافته است.

"کریس کلسال" مدیرعامل شرکت "توکاماک انرژی" در یک مصاحبه با بی‌بی‌سی گفت: اگر شرکت "توکاماک انرژی" و دیگر شرکت‌های توسعه همجوشی هسته‌ای، نیروی مورد استفاده خورشید را روی زمین فراهم کنند، روشی ایجاد کرده‌اند که عملاً هیچ زباله‌ای تولید نمی‌کند، به این معنی که می‌توانند به جهان کمک کنند سرانجام به سوخت‌های فسیلی پشت کند.

بخشی از نیروگاه همجوشی هسته ای در چین ساخته شد

  خورشید مصنوعی در چین ساخته شد

محققان چینی یک خورشید مصنوعی ساخته اند که دمای آن به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد می رسد و می تواند هیدروژن را به انرژی تجدیدپذیر ارزان تبدیل کند.

 

به گزارش رجانیوز به نقل از نیواطلس، چین یک خورشید مصنوعی ساخته که دمای آن به ۶ برابر هسته خورشید می رسد.

 

این دستگاه در حقیقت یک راکتور است که فرایند خورشید را تقلید می کند و بخشی از پروژه ای است که هیدروژن را به انرژی تجدیدپذیر و کم هزینه تبدیل می کند.

 

دمای خورشید مصنوعی برای نخستین بار در هفته جاری به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد (۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت) رسید که نقطه عطفی در این پروژه است. دانشمندان معتقدند همجوشی هسته ای در این دما اتفاق می افتد.

 

این درحالی است که دانشمندان سراسر جهان برای ساخت نخستین راکتور همجوشی هسته ای واقعی جهان در حال رقابت با یکدیگر هستند.

 

این پروژه منبع نامحدودی از یک انرژی پاک را ایجاد می کند که به اعتقاد دانشمندان می تواند زمین را از تغییرات آب و هوایی نجات دهد.

 

به هرحال دانشمندان در Hefei Institute of Physical Science اعلام کردند دمای این راکتور به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد رسیده است. این درحالی است که دمای هسته خورشید ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد است.