محققان گداخت هسته ای به نقطه عطف تاریخی انرژی رسیده اند


تاسیسات احتراق ملی

تاسیسات احتراق ملی در کالیفرنیا

دیمین جیمیسون

محققان تایید کرده‌اند که برای اولین بار در زمین، یک واکنش همجوشی کنترل‌شده انرژی بیشتری از آنچه برای عملکرد لازم است تولید کرد. این آزمایش گام بزرگی به سوی انرژی همجوشی تجاری است، اما کارشناسان می‌گویند هنوز تلاش‌های مهندسی گسترده‌ای برای افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها مورد نیاز است.

شایعاتی در مورد این آزمایش در آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL) در کالیفرنیا در 11 دسامبر منتشر شد، اما این خبر به طور رسمی در یک کنفرانس مطبوعاتی امروز اعلام شد. در آزمایشی در 5 دسامبر، راکتور همجوشی تأسیسات احتراق ملی آزمایشگاه (NIF) توان خروجی 3.15 مگاژول را از توان خروجی لیزر 2.05 مگاژول تولید کرد که افزایشی در حدود 150 درصد است. با این حال، این بیش از 300 مگاژول است که از شبکه برق برای تامین انرژی لیزرها در وهله اول گرفته شده است.

دو رویکرد تحقیقاتی اصلی برای دستیابی به همجوشی هسته ای قابل دوام وجود دارد. یکی از میدان های مغناطیسی برای حاوی پلاسما استفاده می کند، در حالی که دیگری از لیزر استفاده می کند. NIF از رویکرد دوم، معروف به همجوشی محصور اینرسی (ICF) استفاده می‌کند که در آن یک کپسول کوچک حاوی هیدروژن با لیزر منفجر می‌شود و باعث گرم شدن و گسترش سریع آن می‌شود.

این یک واکنش به سمت داخل برابر و مخالف ایجاد می کند و سوخت را فشرده می کند. سپس هسته های اتم های هیدروژن با یکدیگر ترکیب می شوند و عناصر سنگین تری را تشکیل می دهند و مقداری از جرم آنها به عنوان انرژی آزاد می شود، درست مانند خورشید.

تا به حال، تمام آزمایش‌های همجوشی به انرژی بیشتری نسبت به تولید نیاز داشتند. رکورد قبلی NIF که در آگوست امسال تایید شد، خروجی معادل 72 درصد انرژی ورودی لیزرهای آن را تولید کرد. اطلاعیه امروز تایید می کند که محققان نه تنها به نقطه سربه سر حیاتی رسیده اند، بلکه از آن فراتر رفته اند، حتی زمانی که انرژی مورد نیاز برای تامین انرژی لیزرها ناشناخته است. در کنفرانس مطبوعاتی، ژان میشل دی نیکولا از LLNL گفت که در اوج قدرت – که NIF فقط برای چند میلیاردم ثانیه به آن دست می یابد – لیزرها 500 تریلیون وات یا بیشتر از توان خروجی کل نیروی ملی ایالات متحده مصرف می کنند. توری. .

آراتی پرابهاکار، مدیر دفتر سیاست علم و فناوری کاخ سفید گفت که رسیدن به نقطه عطف “نمونه فوق العاده ای از آنچه پشتکار می تواند انجام دهد” است و نتایج یک قدرت را به هم نزدیکتر می کند. ادغام قابل دوام.

نه فقط یک نسل، بلکه نسل‌هایی از مردم که این هدف را دنبال می‌کردند. او گفت که این دوگانگی پیشبرد تحقیقات، ساختن سیستم‌های مهندسی پیچیده، هر دو طرف از یکدیگر یاد می‌گیرند – اینگونه است که ما کارهای بزرگ و سخت را انجام می‌دهیم، بنابراین این فقط یک مثال خوب است.

جرمی چیتندن در کالج امپریال لندن می‌گوید این آزمایش لحظه‌ای تاریخی برای تحقیقات همجوشی است. چیتندن می‌گوید: «این نقطه عطفی است که همه در جامعه فیوژن برای 70 سال تلاش کرده‌اند. “این یک دلیل اصلی برای رویکردی است که ما برای ICF برای تقریبا 50 سال تلاش کرده ایم. بسیار قابل توجه است.

در حال حاضر بیشتر سرمایه گذاری در زمینه همجوشی روی رویکرد جایگزین برای محصور کردن مغناطیسی، به ویژه طراحی راکتوری به نام توکامک انجام می شود. راکتور مشترک اروپایی توروس (JET) در نزدیکی آکسفورد، انگلستان، در سال 1983 شروع به کار کرد. هنگام کار، گرمترین نقطه در منظومه شمسی است که به 150 میلیون درجه سانتیگراد (270 میلیون درجه فارنهایت) می رسد. در اوایل سال جاری، JET یک واکنش را به مدت 5 ثانیه نگه داشت و رکورد 59 مگاژول انرژی حرارتی را تولید کرد.

یک جایگزین بزرگتر و مدرن تر، راکتور آزمایشی بین المللی گرما هسته ای (ITER) در فرانسه، در حال تکمیل است و اولین آزمایشات آن قرار است در سال 2025 آغاز شود. اخیراً موفق شد یک واکنش را به مدت 30 ثانیه در دمای بالای 100 میلیون درجه سانتیگراد حفظ کند.

کیم بودیل، مدیر LLNL در کنفرانس مطبوعاتی گفت که تاخیر بین آزمایش و اعلام به این دلیل است که تیمی از کارشناسان شخص ثالث برای بررسی همتای داده ها آورده شده اند. او گفت اکنون که این موضوع تأیید شده است، احتمالاً یک نیروگاه مبتنی بر لیزر می‌تواند ظرف «چند دهه» ساخته شود، اما فناوری راکتور توکامک بالغ‌تر بود.

او گفت: «موانع بسیار مهمی نه تنها در زمینه علمی، بلکه در زمینه فناوری نیز وجود دارد. این یک کپسول احتراق است، فقط یک بار، و برای دستیابی به انرژی همجوشی تجاری، باید کارهای زیادی انجام دهید. شما باید بتوانید تعداد زیادی اشتعال همجوشی در دقیقه تولید کنید و باید یک سیستم قوی داشته باشید [laser] رانندگان این اجازه را می دهند.

در حال حاضر، NIF می تواند برای مدت زمان بسیار کوتاهی کار کند، سپس باید چندین ساعت را صرف خنک کردن اجزای خود کند تا بتواند دوباره روشن شود. Chittenden می‌گوید، رویکردهایی که توسط کسب‌وکارهای تازه راه‌اندازی آزمایش شده‌اند، ممکن است راه بهتری را به پیش ببرند.

چیتندن می‌گوید: «اگر ما به تلاش برای انجام این کار از طریق پروژه‌های مقیاس بزرگ، که ساخت آن میلیاردها دلار و توسعه آن به ده‌ها سال نیاز دارد، ادامه دهیم، ممکن است ادغام برای تأثیرگذاری بر تغییرات آب و هوا خیلی دیر انجام شود». کاری که من فکر می‌کنم واقعاً باید انجام دهیم این است که روی افزایش تنوع رویکردها تمرکز کنیم تا بتوانیم چیزی را پیدا کنیم که هزینه تأثیر کمتری داشته باشد و زمان چرخش سریع‌تری داشته باشد. .

چیتندن می‌گوید که نتایج NIF می‌تواند علاوه بر ارائه داده‌های ارزشمند برای مهندسانی که روی طراحی‌های راکتورهای عملی کار می‌کنند، منجر به پیشرفت‌های بیشتر در فیزیک شود، زیرا واکنش‌ها حتی شدیدتر و سریع‌تر از واکنش‌های خورشید ما به نظر می‌رسند و بیشتر شبیه واکنش‌هایی هستند که در یک رآکتور رخ می‌دهند. ابرنواختر او می‌گوید: «ما در فشار، چگالی و دماهای فوق‌العاده‌ای هستیم که قبلاً هرگز نتوانسته‌ایم به آن‌ها در آزمایشگاه دسترسی داشته باشیم. “اینها فرآیندهایی هستند که به ما امکان می دهند آنچه را که در شدیدترین حالت های ماده در جهان اتفاق می افتد مطالعه کنیم.”

جیانلوکا ساری در دانشگاه کوئینز بلفاست می‌گوید که نتایج همه این محققین همجوشی را ادامه خواهند داد، زیرا می‌دانند که استخراج انرژی از همجوشی امکان‌پذیر است.

اکنون منصفانه است، و من می گویم “عادلانه” در گیومه، موضوعی برای اصلاحات و تنظیمات فنی. البته فردا این اتفاق نمی افتد زیرا مشکلات فنی وجود دارد. ما هنوز با یک راکتور فاصله داریم. اما ما در مسیر درستی هستیم.» از نظر انرژی پاک، این [fusion research] قطعاً چالش‌برانگیزترین مسیر است، اما در نهایت پاداش‌دهنده‌ترین مسیر خواهد بود زیرا مقدار انرژی که می‌توانید باز کنید به طور بالقوه نامحدود است.

ساری می‌گوید که تصور او این است که اولین راکتورهای فعال دستگاه‌های توکامک خواهند بود، اما تحقیقات ICF هنوز نقشی حیاتی دارد. “هر دو مسیر باید به جلو بروند، همانطور که یکدیگر را مطلع می کنند. تبادل اطلاعات زیادی بین این دو سیستم وجود دارد.» “روش کار آنها در مفهوم مشابه است.”

درباره این موضوعات بیشتر بدانید:


منبع: https://www.newscientist.com/article/2350965-nuclear-fusion-researchers-have-achieved-historic-energy-milestone/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

توسط احمد گل کار

احمد گل کار