انرژی بدون کربن آینده: این پیشرفت همجوشی همه چیز را تغییر می دهد | آرتور تورل

تیاو لحظه ای است که دانشمندان بیش از نیم قرن رویای آن را داشتند. تاسیسات احتراق ملی ایالات متحده (NIF) طولانی ترین هدف در جستجوی کربن را شکست داده است.–انرژی آزاد از همجوشی، فرآیند هسته ای که ستارگان را نیرو می دهد.

تابستان امسال، محققان NIF از پرانرژی‌ترین لیزر جهان برای پرتاب 2.05 مگاژول (MJ) انرژی به یک کپسول میلی‌متری سوخت هیدروژنی استفاده کردند. با رسیدن به دمایی چند برابر دمای موجود در هسته خورشید و فشارهایی 300 میلیارد برابر فشارهایی که معمولاً روی زمین تجربه می‌شود، موجی از واکنش‌های هسته‌ای سوخت همجوشی را درنوردید و 3.15 مگا ژول انرژی همجوشی آزاد کرد که 1.1 مگا ژول بیشتر از انرژی همجوشی بود. چند ده نانوثانیه

اکنون این به دلیل انرژی مطلق آزاد شده هیجان انگیز نیست – این انرژی کوچک بود، فقط برای جوشاندن دو یا سه کتری کافی بود. و حتی به دلیل فیزیک جدید هیجان‌انگیز نیست: متخصصان فیوژن مدت‌ها استدلال کرده‌اند که شما فقط به یک چکش با اندازه معینی نیاز دارید تا آن چیز را “رفت” کنید، و NIF با افزایش چشمگیر انرژی لیزر ورودی مجبور شده است. (با این حال، دقت فیزیکی پشت این دستگاه شگفت‌انگیز است: یک خطای 0.1 درصدی در زمان‌بندی انرژی لیزر می‌تواند شرایط مورد نیاز برای همجوشی را تا 50 درصد کاهش دهد).

نه، این هیجان انگیز است زیرا اولین اثبات علمی است که همجوشی می تواند انرژی بیشتری تولید کند بیرون از قرار داده شده است که در، همچنین به عنوان “بهره خالص انرژی” شناخته می شود. اگر اعداد را بررسی کنید، آزمایش 54 درصد بیشتر از انرژی تولید شده برای آن است. آزاد کردن انرژی از طریق واکنش های همجوشی در جهان گسترده تر غیرعادی نیست: خورشید در هر ثانیه 4 میلیارد کیلوگرم انرژی خالص از واکنش های همجوشی تولید می کند. اما، علیرغم دهه‌ها امیدی که به همجوشی به‌عنوان یک منبع انرژی پاک و فراوان روی زمین بسته شده بود، هیچ‌کس نشان نداده است که می‌تواند انرژی بیشتری از آنچه برای راه‌اندازی آن لازم است آزاد کند – که برای یک منبع انرژی بسیار اساسی است. یعنی تا الان.

همه ی اینها چه معنایی میدهد؟ از آنجایی که یخ و برف بریتانیا را فرا گرفته است، من به سختی نیازی به گفتن این موضوع دارم که چرا انرژی چیز خوبی است. این زندگی ما را به میلیون ها و یک راه بهتر می کند. به عنوان یک سیاره، ما به مقدار بیشتری از آن نیاز داریم. شکافت هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر کاملاً بخشی از این داستان هستند، اما اگر بتوان این فناوری را کامل کرد، همجوشی انرژی بدون کربن را برای هزاران، احتمالاً میلیون‌ها سال، برای همه افراد روی کره زمین ارائه می‌کند. این ضایعات رادیواکتیو با عمر طولانی ایجاد نمی کند، و هیچ شانسی برای ذوب شدن مانند آنچه در کورنوبیل و فوکوشیما وجود دارد، وجود ندارد. همجوشی با تامین انرژی بار پایه، باران یا درخشش، انرژی های تجدیدپذیر را تکمیل می کند، در حالی که زمین های گرانبها کمی را اشغال می کند. بنابراین این جایزه بزرگ است – به همین دلیل است که دانشمندان و مهندسان برای چندین دهه به آن پایبند بوده اند.

این پیشرفت هسته ای از بسیاری جهات همان چیزی است که هر دانشمند همجوشی منتظر آن بوده است. قبل از این، آنها حتی نمی توانستند ادعا کنند که اصل علمی یک واقعیت تجربی است. این امر ایجاد حرکت در پشت تبدیل همجوشی به منبع انرژی را دشوار کرد. اکنون، آنها می توانند بگویند “این کار می کند!”. تولید نیروی ستاره ای روی زمین دیگر یک رویا نیست.

البته، این بدان معنا نیست که قدرت همجوشی که می توانیم از آن استفاده کنیم هنوز یک واقعیت است. این یک نتیجه واحد در یک آزمایش واحد است. یک کارخانه تجاری قابل دوام باید 30 برابر انرژی برای انرژی در (30 برابر) تولید کند 1.54x در این آزمایش دیده می شود. حتی با این مقدار آزاد شدن انرژی، چالش‌های مهندسی و اقتصادی برای غلبه بر وجود خواهد داشت، مانند پرتاب لیزر 10 بار در ثانیه، نه یک بار در روز. لیزرهای غول پیکر حتی ممکن است بهترین راه برای قدرت همجوشی اقتصادی نباشند: رویکردهای جایگزین امیدوارکننده ای در حال بررسی هستند که از میدان های مغناطیسی برای به دام انداختن سوخت 150 میلی لیتری استفاده می کنند.

و زمانی که بدبینان همجوشی می گویند NIF بیش از آنچه که لازم است انرژی تولید نکرده است شارژ باتری‌های لیزری، درست می‌گویند – اما این تأسیسات فقط برای نشان دادن امکان‌سنجی علمی بوده است. هیچ دولتی بدون رسیدن به این نقطه عطف، یک نیروگاه اولیه را تامین مالی نمی کند، و هنوز بین این نتیجه آزمایشی و یک نیروگاه راه طولانی وجود دارد.

بنابراین این دستاورد خیره‌کننده ممکن است ما را به قدرت فیوژن در شبکه نزدیک‌تر کند… حداقل، نه مستقیم. به طور غیرمستقیم، از نظر روان‌شناختی، این اثر شبیه شیپور به گوش است: اکنون می‌دانیم که همجوشی برای انرژی امکان‌پذیر است. آن ادغام را بشناسید می توان کار همه چیز را تغییر می دهد، از جمله اینکه همه از دولت ها گرفته تا کارآفرینان چقدر مایل به سرمایه گذاری هستند. با منابع بیشتر، می توان دستاوردهای بالاتری در انرژی را دنبال کرد و اکنون احتمالاً یک چرخه با فضیلت توسعه به حرکت در می آید.

طبیعت صلاح دیده است که علم همجوشی هسته ای را به گونه ای بسازد که بتواند انرژی تولید کند. این که آیا ما اکنون انرژی همجوشی را به منبع انرژی تبدیل کنیم – خوب، این به ما بستگی دارد.