همجوشی هسته ای، آینده انرژی پاک؟
در قلب پرونس (جنوب فرانسه)، برخی از باهوش‌ترین ذهن‌های علمی روی این سیاره، زمینه را برای آنچه که بزرگترین و جاه‌طلبانه‌ترین آزمایش علمی جهان نامیده می‌شود، آماده می‌کنند.
دانشمندان می‌گویند که پیشرفت همجوشی هسته‌ای نقطه عطفی برای آینده انرژی پاک است و برای انجام این کار، بزرگترین محفظه محبوس مغناطیسی جهان یا توکاماک، در جنوب فرانسه در حال ساخت است تا انرژی خالص تولید کند.
قرارداد پروژه راکتور آزمایشی حرارتی هسته‌ای بین‌المللی (ITER) در سال ۲۰۰۶ به طور رسمی توسط آمریکا، اتحادیه اروپا، روسیه، چین، هند و کره جنوبی در کاخ الیزه پاریس امضا شد.
اکنون بیش از ۳۰ کشور در تلاش برای ساخت این دستگاه آزمایشی با یکدیگر همکاری می‌کنند. پیش‌بینی می‌شود وزن آن ۲۳ هزار تن باشد و پس از تکمیل، دمایی تا ۱۵۰ میلیون درجه سانتی‌گراد را تحمل کند.
لابان کوبلنتز رئیس بخش ارتباطات راکتور آزمایشی گرماهسته‌ای بین‌المللی «ایتر ITER» می‌گوید: «به نوعی، این مرکز مانند یک آزمایشگاه ملی و یک مرکز تحقیقاتی بزرگ است. اما این پروژه، در واقع شامل همگرایی میان آزمایشگاه‌های ملی ۳۵ کشور می‌شود.»
همجوشی هسته‌ای چگونه کار می‌کند؟
همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که طی آن دو اتم سبک با هم ترکیب می‌شوند و یک هسته سنگین‌تر را تشکیل می‌دهند. در این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود.
در مورد خورشید، اتم‌های هیدروژن در هسته آن به دلیل فشار گرانشی بسیار زیاد به یکدیگر ذوب می‌شوند.
روش‌های تولید همجوشی
دو روش اصلی برای تولید همجوشی در حال بررسی است.
- روش اول لیزر است. در این روش، ذره‌ای بسیار کوچک به اندازه یک دانه فلفل را از دو شکل هیدروژن دوتریوم و تریتیوم می‌گیرند و به آن لیزر شلیک می‌کنند.
- روش دوم همجوشی محصور شده مغناطیسی است. لابان می‌گوید: «در این روش، یک محفظه بسیار بزرگ به مساحت ۸۰۰ مترمکعب وجود دارد که مقدار بسیار کمی در حدود ۲ تا ۳ گرم سوخت، دوتریوم و تریتیوم در آن قرار داده می‌شود و آن را تا ۱۵۰ میلیون درجه از طریق سیستم‌های گرمایشی مختلف دریافت می‌کنیم.»
این دمایی است که در آن سرعت این ذرات به قدری زیاد است که به جای دفع کردن یکدیگر با بار مثبت خود، ترکیب و ذوب می‌شوند و هنگامی که همجوشی می‌شوند، یک ذره آلفا و یک نوترون منتشر می‌کنند.
مزایای همجوشی هسته‌ای
نیروگاه‌های هسته‌ای از دهه ۱۹۵۰ وجود داشته‌اند. آن‌ها از یک واکنش شکافت بهره‌برداری می‌کنند و به موجب آن اتم در یک راکتور تقسیم می‌شود. این فرایند مقدار زیادی انرژی را آزاد می‌کند.
شکافت این مزیت آشکار را دارد که در حال حاضر یک روش آزمایش شده است، با بیش از ۴۰۰ راکتور شکافت هسته‌ای که امروزه در سراسر جهان فعال هستند.
همجوشی هسته‌ای مزایای زیادی نسبت به سایر منابع انرژی دارد از جمله:
منبع انرژی پاک است که هیچ گاز گلخانه‌ای تولید نمی‌کند.
منبع انرژی پایدار است که نیازی به سوخت‌های فسیلی ندارد.
منبع انرژی قابل اطمینان است که می‌توان آن را به طور مداوم تولید کرد.
اما در حالی که بلایای هسته‌ای یک اتفاق نادر در تاریخ بوده است، ذوب فاجعه بار راکتور ۴ در چرنوبیل در آوریل ۱۹۸۶ یادآوری قوی است که آن‌ها هرگز کاملاً بدون خطر نیستند.
علاوه بر این، راکتور‌های شکافت همچنین باید با مدیریت ایمن مقادیر زیادی زباله رادیواکتیو که معمولاً در اعماق زیرزمین در مخازن زمین‌شناسی مدفون می‌شوند، مبارزه کنند.
در مقابل، ITER یک نیروگاه همجوشی هسته‌ای است در مقیاس مشابه می‌تواند از مقدار بسیار کمتری از ورودی‌های شیمیایی، شامل فقط چند گرم هیدروژن، نیرو تولید کند.
کوبلنتز در این توضیح می‌دهد: «شما فقط ۲ تا ۳ گرم مواد دارید. علاوه بر این، مواد موجود در یک کارخانه همجوشی هسته ای، دوتریوم و تریتیوم، و موادی که خارج می‌شوند، هلیوم غیر رادیواکتیو و یک نوترون، همگی مهار شده‌اند؛ بنابراین چیزی باقی نمانده است. به اصطلاح موجودی مواد رادیواکتیو بسیار بسیار کوچک است.»
چالش‌های پروژه ITER
کوبلنتز تاکید می‌کند که چالش همجوشی هسته‌ای این است که ساخت این راکتور‌ها کار اصلا ساده‌ای نیست.
پروژه ITER با چالش‌های زیادی روبرو بوده است، از جمله:
هزینه بالای پروژه
پیچیدگی فنی پروژه
تاخیر‌های ناشی از COVID-۱۹
تغییرات اقلیمی و انرژی پاک
با وجود این و با توجه به چالش‌هایی که تغییرات اقلیمی ایجاد می‌کنند. جای تعجب نیست که دانشمندان در حال رقابت برای یافتن منبع انرژی بدون کربن برای تامین انرژی جهان هستند.
اما عرضه فراوان انرژی همجوشی هسته‌ای در آینده‌ای نزدیک ممکن نیست و حتی ITER اعتراف می‌کند که پروژه آن‌ها پاسخی بلندمدت به نگرانی‌های انرژی است.
کوبلنتز در پاسخ به این تصور که همجوشی برای کمک به مبارزه با بحران اقلیمی بسیار دیر انجام می‌شود، می‌گوید که انرژی همجوشی می‌تواند نقشی را در آینده ایفا کند.
همجوشی هسته‌ای یک فناوری امیدوارکننده برای آینده انرژی است. این فناوری می‌تواند منبع انرژی پاک و پایداری را فراهم کند که نیازی به تولید گاز‌های گلخانه‌ای ندارد.
پروژه ITER تلاشی بین‌المللی بزرگ است که برای دستیابی به فناوری همجوشی هسته‌ای تلاش می‌کند. اگر این پروژه موفقیت‌آمیز باشد، می‌تواند تأثیر مثبتی بر محیط زیست و آینده انرژی جهان داشته باشد.
