وقتی خورشید، بالای سرمان، توی آسمان بیامان میتابد و بیدریغ نور و برکت و انرژی نثارمان میکند، چرا وقتی جهان با بحران انرژی و ناترازی مواجه است، انسانها به فکر ساختن چیزی مثل خورشید نیفتند که انگار نور و انرژیاش تمامشدنی نیست؟ چینیها از سالها پیش به همین فکر افتادهاند و خبرهای رسیده حاکی از این است که میخواهند یک منبع تولید انرژی شبیه به سازوکار خورشید بسازند و خیالشان را بابت کمبود و بحران راحت کنند.
تقلید از طبیعت
«ایندیا تودی» هفته پیش نوشت: «چینیها بزرگترین آهنربای اَبررسانای همجوشی جهان را ساخته و آزمایش هم کردهاند. این آهنربا با هدف راهاندازی «خورشید مصنوعی» ساخته شده که قرار است نقطه عطفی در برنامه بلندپروازانه چین برای تولید برق از طریق همجوشی هستهای باشد. از این طریق چینیها پیشگام «مهار منبع انرژی بدون کربن» در جهان خواهند شد».
البته تولید برق با این روش هنوز موانع زیادی سر راه خودش دارد؛ اما چینیها انگار قرار است با «خورشید مصنوعی» این موانع را هم از سر راه بردارند و تا سال۲۰۳۰ به نتیجه برسند. «خورشید مصنوعی» چین یک رآکتور آزمایشی است که برای تولید انرژی از سازوکار خورشید استفاده میکند؛ یعنی چینیها با بازسازی فرایند همجوشی هستهای که در خورشید اتفاق میافتد، قصد دارند بدون آلودهسازی محیط زیست، انرژی پاک تولید کنند. بیایید نگاهی دقیقتر به ماجرا بیندازیم. شکافت و همجوشی هستهای، دو نوع واکنش هستهای متضاد هستند که مقادیر بسیار زیادی انرژی آزاد میکنند؛ اولی فرایندی است که در آن یک هسته بزرگ؛ مانند اورانیوم ۲۳۵، به هستههای کوچکتر تقسیم میشود. در همجوشی، اتمهای سبکتر مانند هیدروژن و هلیوم با هم ترکیب میشوند تا اتمهای سنگینتر را در فرایندی ایجاد کنند که انرژی بسیار بیشتری نسبت به شکافت به وجود میآورد.
در حالی که دانشمندان واکنشهای همجوشی ایزوله ایجاد کردهاند، استفاده از همجوشی برای تولید نیرو بسیار دشوارتر است؛ چون باید میزان گرمای شدیدی را که از پلاسمای فرار ایجاد میشود، حفظ و نگهداری کنند. فعلاً و روی زمین، همجوشی هنوز دور از دسترس است؛ اما همین واکنشها در فضا به راحتی انجام شده و خورشید را روشن نگه میدارد. پلاسما به حالت چهارم ماده گفته میشود و خورشید ستارهای است که از پلاسما تشکیل شده است. در واقع مایعات با گرم شدن، به گاز تبدیل میشوند. وقتی این گازها بیشتر گرم میشوند، الکترونهای ذراتشان از اتمها جدا شده و در نتیجه پلاسما به وجود میآید. وجود پلاسما برای همجوشی هستهای ضروری است؛ اما ایجاد و کنترل پلاسما توسط دانشمندان یکی از بزرگترین چالشهای مهندسی است و در اولین مرحله نیاز به یک آهنربای غولپیکر دارد تا بتواند اتمها را فشردهسازی کند. خورشید نیروی گرانش عظیمی دارد که اتمها را به هم فشرده میکند تا مطمئن شود آنها به برخورد با یکدیگر ادامه میدهند و از این طریق است که حرارتی نزدیک به ۱۵میلیون درجه سانتیگراد در هسته آن ایجاد میشود.
آهنرباها
در زمین چنین گرانشی وجود ندارد و دانشمندان باید پلاسما را به وسیله رآکتورها تا نزدیک به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد گرم کرده و احتمال برخورد بین هستههای هیدروژن را بسیار بیشتر کنند، بدون اینکه دی اکسید کربنی تولید شود. مشکل اما این است که وقتی هیدروژن به آن حالت پلاسمای داغ میرسد، بشر هیچ وسیله و هیچ مادهای ندارد تا بتواند این درجه حرارت را تحمل و آن را در خود نگه دارد. بنابراین، دانشمندان باید از میدانهای مغناطیسی برای ایجاد یک قفس نامرئی استفاده کنند که پلاسما را معلق نگه دارد و از تماس آن با بدنه رآکتور جلوگیری کند.
The Print مینویسد: «برای جلوگیری از فرار این پلاسمای فوقالعاده داغ، دانشمندان از «توکاماک» یک رآکتور همجوشی که دقیقاً شبیه یک دونات بزرگ است، استفاده می کنند تا پلاسما را با استفاده از میدانهای مغناطیسی قدرتمند، معلق نگه داشته و به دام بیندازند. ۱۶ آهنربای ابررسانای غولپیکر D شکل در اطراف توکاماک چیده شدهاند تا یک میدان مغناطیسی ۵/۶ تسلا تولید کنند. این کار پلاسما را درون خود به دام میاندازد و مطمئن میشود که به دیوارههای رآکتور برخورد نمیکند. یک میدان مغناطیسی ۵/۶ تسلا (واحدی که برای اندازهگیری قدرت میدان مغناطیسی استفاده میشود) چندین هزار برابر قویتر از میدان مغناطیسی زمین است.»
این آهنرباهای ابررسانای D شکل، اجزای کلیدی تولید میدان مغناطیسی توکاماک هستند. هر آهنربا ۲۱ متر در ۱۲ متر و وزن آن ۵۸۲ تن است. این بزرگترین آهنربای همجوشی ابررسانایی بوده که تاکنون ساخته شده است. ظرفیت ذخیره انرژی این آهنربا تقریباً سه برابر آهنربای ساخته شده در رآکتور تجربی حرارتی هستهای بینالمللی است که یک پروژه تحقیقاتی همجوشی هستهای بینالمللی به شمار میآید و در فرانسه واقع شده است. آهنربای چینیها طوری طراحی شده که حداقل۶۰ سال بتواند عملیاتی بماند.
به شدت داغ، به شدت سرد!
«ایندیا تودی» مینویسد: «این آهنرباهای غولپیکر با استفاده از ابررساناهایی ساخته شدهاند که برخلاف سیمهای معمولی میتوانند الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی حمل کنند. این امر به مقادیر عظیمی از جریانهای الکتریکی اجازه میدهد تا به طور مداوم از آنها عبور کنند؛ اما آنها فقط زمانی کار میکنند که تا دماهای بسیار پایین سرد شوند».
این یعنی درون یک رآکتور همجوشی همزمان باید گرمترین و سردترین اتفاقها بیفتد! از یک طرف، پلاسما تقریباً ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد داغ میشود و از سوی دیگر آهنرباهای غولپیکر ابررسانا در دمای منفی۲۶۹ درجه سانتیگراد یا ۴ کلوین نگه داشته میشوند. این اختلاف تقریباً ۱۰۰ میلیون درجه است که از طریق عایق خلأ و سیستمهای خنککننده برودتی حفظ میشود.
گویا چینیها مدعی هستند تمام تولید و تأمین آهنرباها و سایر تجهیزات، ساخته متخصصان خودشان است. اگر رقابت برای ساخت یک رآکتور همجوشی مربوط به فناوری و تولید باشد، چین با ساخت تمام مواد تخصصی که تهیه آنها دشوار است، این فرایند را برای خودش آسان کرده و دیگر نیازی به تکیه بر تأمینکنندگان خارجی برای هیچ یک از اجزای حیاتی ندارد.
برخی خبرگزاریها نوشتهاند توکاماک ابررسانای پیشرفته چین که بهعنوان «خورشید مصنوعی» این کشور شناخته میشود، اوایل امسال آزمایش شده و با حفظ پلاسما در دمای ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد به مدت هزار و ۶۶ ثانیه، رکورد جهانی را شکسته است. چینیها قصد دارند آزمایشهای رآکتور همجوشی خود را در سال ۲۰۲۷ آغاز کرده و تا سال ۲۰۳۰ از خورشید مصنوعیشان برق تولید کنند.
نظر شما