دانشمندان آمریکایی “پیشرفت بزرگ” در گداخت هسته ای را تایید کردند | انرژی

دانشمندان موفقیت بزرگی را تایید کرده اند که می تواند پس از بیش از نیم قرن تحقیق در مورد همجوشی هسته ای، راه را برای انرژی پاک فراوان در آینده هموار کند.

محققان مرکز احتراق ملی ایالات متحده در کالیفرنیا گفتند که آزمایش‌های همجوشی انرژی بیشتری نسبت به پمپاژ لیزرهای عظیم و پرقدرت آزمایشگاه آزاد کرده‌اند، دستاوردی برجسته به نام اشتعال یا افزایش انرژی.

این فناوری هنوز آماده تبدیل شدن به نیروگاه های قابل دوام نیست – و قرار نیست بحران آب و هوایی را حل کند – اما دانشمندان این پیشرفت را به عنوان مدرکی برای مهار قدرت ستارگان بر روی زمین ستایش کردند.

دکتر آراتی پرابهاکار، مدیر سیاستگذاری در دفتر علم و فناوری کاخ سفید گفت: «هفته گذشته … آنها دسته ای از لیزرها را به یک گلوله سوخت شلیک کردند و انرژی بیشتری از آن اشتعال همجوشی آزاد شد تا انرژی لیزرهایی که وارد آن می شوند. . “این یک نمونه فوق العاده از آنچه استقامت واقعا می تواند به دست آورد است.”

انرژی همجوشی چشم انداز انرژی پاک فراوان را افزایش می دهد: این واکنش ها گازهای گلخانه ای و محصولات جانبی زباله های رادیواکتیو را آزاد نمی کند. یک کیلوگرم سوخت همجوشی که از اشکال سنگین هیدروژن به نام دوتریوم و تریتیوم تشکیل شده است، به اندازه 10 میلیون کیلوگرم سوخت فسیلی انرژی تولید می کند. اما برای رسیدن به این نقطه 70 سال طول کشیده است.

جیل هروبی از اداره ملی امنیت هسته‌ای روز سه‌شنبه در بیانیه‌ای گفت که ایالات متحده «اولین گام آزمایشی را به سمت یک منبع انرژی پاک برداشته است که می‌تواند جهان را متحول کند».

مرکز احتراق ملی یک مجموعه وسیع در آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور در نزدیکی سن خوزه است. این هواپیما برای انجام آزمایش‌هایی ساخته شد که به طور خلاصه و به صورت مینیاتوری، فرآیندهای رها شده در داخل بمب‌های هسته‌ای را بازآفرینی می‌کنند، و ایالات متحده را قادر می‌سازد تا کلاهک‌های هسته‌ای خود را بدون نیاز به آزمایش‌های هسته‌ای حفظ کند.

اما این آزمایش‌ها همچنین سنگ‌هایی به سوی قدرت همجوشی پاک هستند. برای دستیابی به این واکنش ها، محققان تا 192 لیزر غول پیکر را به یک استوانه طلایی به طول سانتی متر به نام hohlraum شلیک می کنند. انرژی شدید ظرف را تا بیش از 3 متر سانتی‌گراد – داغ‌تر از سطح خورشید – گرم می‌کند و یک گلوله سوختی به اندازه دانه فلفل را درون اشعه ایکس قرار می‌دهد.

اشعه ایکس سطح گلوله را از بین می‌برد و انفجاری شبیه موشک ایجاد می‌کند و دما و فشار را به حدی می‌رساند که فقط در داخل ستارگان، سیارات غول‌پیکر و انفجارهای هسته‌ای دیده می‌شود. سرعت انفجار به 400 کیلومتر در ثانیه می رسد و باعث جوش خوردن دوتریوم و تریتیوم می شود.

هر جفت هسته هیدروژن در همجوشی، هسته هلیوم سبکتر و انفجاری انرژی بر اساس معادله انیشتین E=mc تولید می کند.². دوتریوم به راحتی از آب دریا استخراج می شود، در حالی که تریتیوم را می توان از لیتیومی که در پوسته زمین یافت می شود تهیه کرد.

در جدیدترین آزمایش، محققان 2.05 مگا ژول انرژی لیزر را پمپ کردند و حدود 3.15 مگا ژول – یعنی تقریباً 50 درصد افزایش – نشان دادند که واکنش‌های همجوشی در گلوله باعث ایجاد واکنش‌های همجوشی بیشتر می‌شود. دکتر ماروین آدامز از اداره ملی امنیت هسته ای گفت: «تولید انرژی کمتر از زمان لازم برای طی یک اینچ نور طول کشید.

با این حال، در تلاش برای نیروگاه های همجوشی موانع بسیار زیادی باقی مانده است. در حالی که گلوله انرژی بیشتری نسبت به لیزرهای وارد شده آزاد می کند، محاسبه 300 MJ یا بیشتر مورد نیاز برای روشن کردن لیزرها در وهله اول را شامل نمی شود. لیزرهای NIF تقریباً یک بار در روز شلیک می کنند، اما یک نیروگاه باید اهداف را 10 بار در ثانیه گرم کند. سپس هزینه اهداف وجود دارد. آنهایی که در آزمایش ایالات متحده استفاده می شوند ده ها هزار دلار هزینه دارند، اما برای یک نیروگاه قابل دوام، باید پنس هزینه داشته باشند. موضوع دیگر این است که چگونه انرژی را به صورت گرما خارج کنیم.

دکتر کیم بودیل، مدیر آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، گفت با سرمایه گذاری کافی، “چند دهه تحقیق می تواند ما را در موقعیتی قرار دهد که بتوانیم یک نیروگاه برق بسازیم”. او افزود که یک نیروگاه مبتنی بر فناوری جایگزین مورد استفاده در Joint European Torus (JET) در آکسفوردشایر می تواند زودتر آماده شود.

جاستین وارک، استاد فیزیک در دانشگاه آکسفورد و مدیر مرکز آکسفورد برای علوم چگالی انرژی بالا می‌گوید: «از برخی جهات همه چیز تغییر می‌کند، از جنبه‌های دیگر، هیچ چیز تغییر نمی‌کند. این نتیجه همان چیزی را ثابت می کند که اکثر فیزیکدانان همیشه به آن اعتقاد داشتند – همجوشی در آزمایشگاه امکان پذیر است. با این حال، موانعی که برای ساختن هر چیزی شبیه یک رآکتور تجاری باید غلبه کرد، بسیار زیاد است و نباید کمتر از حد تخمین زده شود.»

وارک گفت که پرسیدن اینکه چقدر طول می کشد تا بر چالش ها غلبه کنید، مانند این است که از برادران رایت بپرسید که ساخت هواپیما برای عبور از اقیانوس اطلس درست بعد از اولین پروازشان چقدر طول می کشد. می‌دانم که همه می‌خواهند این را راه‌حل عالی برای بحران انرژی بدانند. اینطور نیست و هر کس با قطعیت بگوید گمراه کننده است.

وی افزود: «بعید است که همجوشی در یک مقیاس زمانی به اندازه کافی کوتاه برای تأثیرگذاری بر بحران کنونی تغییرات آب و هوا تأثیر بگذارد، بنابراین نباید از تلاش‌های ما در این زمینه کاسته شود».

“آخرین نتایج همچنین نشان می دهد که علم پایه کار می کند – قوانین فیزیک ما را از رسیدن به هدف باز نمی دارد – مشکلات فنی و اقتصادی هستند. همانطور که نیلز بور، برنده جایزه نوبل فیزیکدان اتمی زمانی گفت، “پیش بینی بسیار دشوار است، به خصوص زمانی که در مورد آینده باشد.”

دکتر مارک ونمن، یکی از خوانندگان مواد هسته ای در کالج امپریال لندن، این دستاورد را “پیشرفت علمی خارق العاده ای” خواند – چیزی که ما در 70 سال تلاش به آن دست نیافته ایم. اما او گفت: «چالش‌ها باقی می‌ماند که چگونه می‌توانید انرژی را از سیستم خارج کنید، چگونه می‌توانید انرژی را برای مدت طولانی حفظ کنید تا مفید باشد، چگونه آن انرژی را افزایش دهید و آیا انرژی می‌تواند به اندازه کافی ارزان باشد تا با سایر انرژی‌ها رقابت کند. منابع.”