برای بیش از 60 سال است که دانشمندان رویای دستیابی به یک منبع انرژی پاک و پایان‌ناپذیر را در قالب همجوشی هسته ای در سر دارند. و آنها همچنان در حال رویاپردازی هستند. اما به لطف تلاش های موسسه فیزیک پلاسما مکس پلانک، کارشناسان امیدوارند به زودی شرایط تغییر کند.
سال گذشته و پس از 1.1 میلیون ساعت ساخت و ساز، موسسه فیزیک پلاسما مکس پلانک بزرگترین ماشین همجوشی هسته ای در نوع خود ملقب به استلراتور را تکمیل کرد. این ماشین که دارای قطری برابر با 52 فوت است دبلیو7-اکس نام دارد. پس از یک سال انجام آزمایش های مختلف، مهندسان سرانجام آماده به راه انداختن این ماشین 1.1 میلیارد دلاری هستند.
ساخت استلراتورها که در جامعه فیزیک پلاسما به عنوان "اسب سیاه" راکتورها شناخته می شود و از همچوشی هسته ای استفاده می کند، بسیار دشوار است. از سال 2003 تا 2007، پروژه ساخت دبلیو7-اکس با چند مانع ساخت و ساز جدی مواجه شد - از جمله کناره گیری یکی از تولیدکنندگان قراردادی - که تقریبا نزدیک بود به لغو آن منجر شود.
تاکنون تعداد انگشت شماری استلراتور در جریان ساخت و ساز قرار گرفته اند و حتی تعداد کمی از آنها تکمیل شده اند.
در مقام مقایسه، پسر عموی محبوب‌تر استلراتور که توکامک نامیده می شود از استفاده گسترده‌تری برخوردار است. بیش از 30 توکامک در سراسر جهان عملیاتی شده اند و بیش از 200 عدد از آنها در طول تاریخ ساخته شده اند. این ماشین ها از روند ساخت و ساز ساده‌تری برخوردار هستند و به عنوان یک نیروگاه هسته ای عملکرد بهتری نسبت به استلراتورها دارند.
اما توکامک ها دارای یک عیب بزرگ هستند که بنابر گزارش ها دبلیو7-اکس در برابر آن ایمن است و از این رو ماشین جدید آلمانی ها می تواند بازی را تغییر دهد.
یک راکتور همجوشی هسته ای چگونه کار می کند
کلید شکل گیری یک راکتور همجوشی هسته ای موفق از هر نوعی تولید، محدود کردن و کنترل یک حباب گاز به نام پلاسما است که تا دمای بیش از 180 میلیون درجه فارنهایت گرم شده است. در این دمای فوق العاده بالا الکترون ها از اتم های خود جدا می شوند و یون ها را تشکیل می دهند.
به طور معمول، یون ها یکدیگر را دفع می کنند اما تحت این شرایط دشوار نیروی دافعه مغلوب می شود. بر همین اساس، یون ها توانایی برخورد و آمیختن با همدیگر را کسب می کنند که این روند انرژی تولید می کند و همجوشی هسته ای شکل می گیرد. همجوشی هسته ای با آنچه در راکتورهای هسته ای امروز صورت می گیرد تفاوت دارد زیرا فعالیت این راکتورها بر اساس انرژی حاصل از شکست اتم ها به جای ذوب در همدیگر استوار است.
همجوشی هسته ای فرآیندی است که سوخت لازم برای خورشید ما را به مدت حدود 4.5 میلیارد سال تامین کرده و بنابر ارزیابی ها تا چهار میلیارد سال دیگر نیز این روند را ادامه می دهد.
هنگامی که مهندسان گاز درون راکتور را حرارت می دهند تا به دمای مناسب برسد از سیم پیچ های مغناطیسی فوق سرد برای تولید میدان های مغناطیسی قدرتمند که پلاسما را مهار و کنترل می کند، استفاده می کنند.
تفاوت میان توکامک و استلراتور
برای سال ها، توکامک ها به عنوان مستعدترین ماشین برای تولید انرژی به روشی مشابه با آن چه در خورشید رخ می دهد در نظر گرفته می شدند زیرا پیکربندی سیم پیچ های مغناطیسی آنها پلاسما را در بر می گیرد که بهتر از استلراتورهای فعلی است. اما یک مشکل وجود دارد: توکامک ها می توانند پلاسما را برای انفجارهای کوتاهی که بیشتر از هفت دقیقه طول نمی کشند، کنترل کنند. و انرژی مورد نیاز برای تولید آن پلاسما بیشتر از انرژی است که مهندسان از این انفجارهای دوره ای دریافت می کنند.
بر همین اساس، مصرف انرژی توکامک ها بیشتری از انرژی تولیدی آنها است که گزینه مطلوب و مورد انتظار از راکتورهای همجوشی هسته ای - به عنوان مهم ترین منبع انرژی طی هزاره بعدی شناخته می شود - نیست.
به واسطه طراحی استلراتورها، کارشناسان گمان می کنند این ماشین بتواند پلاسما را برای حداقل 30 دقیقه حفظ کند که به طور قابل توجهی بیشتر از هر توکامکی است. یک توکامک فرانسوی به نام "Tore Supra" رکورد شش دقیقه و 30 ثانیه را به خود اختصاص داده است.
اگر دبلیو7-اکس به موفقیت دست یابد می تواند توجه جامعه همجوشی هسته ای را به سوی خود جلب کرده و استلراتورها را در کانون توجه قرار دهد.