فیوژن از همان ابتدا با یک بحران جدی سوخت مواجه بود

در جنوب فرانسه، راکتور در حال ساخت (ITER) هر روز به مرحله بهره برداری نزدیک می شود. هنگامی که راکتور بین المللی تست همجوشی (به اختصار اتر) در سال 2035 به بهره برداری برسد، به بزرگترین راکتور در نوع خود و پرچمدار راکتورهای همجوشی تبدیل خواهد شد.

اتاقک دونات راکتورهای گرما هسته ای هسته ای نامیده می شود من میفهمم دارند. در این محفظه دو نوع عنصر هیدروژنی به نام‌های دوتریوم و تریتیوم دائماً با یکدیگر برخورد می‌کنند تا در داخل پلاسمایی با دمای بالاتر از دمای سطح خورشید ترکیب شده و انرژی زیادی آزاد کنند. انرژی آزاد شده از طریق این فرآیند آنقدر زیاد است که می تواند ده ها هزار خانه را با برق تامین کند. تولید برق از یک منبع انرژی نامحدود بیشتر شبیه داستان های علمی تخیلی است.

تولید انرژی پاک و تقریبا نامحدود از طریق همجوشی هسته ای رویایی است که دانشمندان به دنبال آن هستند. اما مشکل بزرگ فیل سفید در اتاق این است که ممکن است تا زمان باز شدن راکتور اتر، سوخت کافی برای کار وجود نداشته باشد. اتر، مانند بسیاری از راکتورهای همجوشی شناخته شده، برای آزمایشات به عرضه مداوم سوخت دوتریوم و تریتیوم متکی است. دوتریوم را می توان از آب دریا استخراج کرد. اما تریتیوم به عنوان ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن بسیار نادر است.

این احتمال وجود دارد که سوخت رآکتور اتر قبل از شروع کار تمام شده باشد

سطح تریتیوم جو در دهه 1960 قبل از ممنوع شدن آزمایش بمب هسته ای به اوج خود رسید. اما طبق آخرین برآوردها در حال حاضر کمتر از 20 کیلوگرم این ماده در دنیا وجود دارد.

با پیشرفت پروژه راکتور اتر علیرغم تاخیر برنامه و میلیاردها دلار هزینه اضافی، بهترین منبع سوخت تریتیوم برای این راکتور و دیگر راکتورهای همجوشی تجربی در حال تکمیل شدن است.

در حال حاضر، تریتیوم مورد استفاده در آزمایشات مورد استفاده در راکتورهایی مانند اتر و توکامک کوچکتر دیگری به نام جت در بریتانیا از نوع خاصی از راکتور هسته‌ای شکافت به نام راکتور آب سنگین اصلاح‌شده مشتق می‌شود. با این حال بسیاری از این راکتورها و در واقع به پایان عمر خود نزدیک می شوند فقط 30 راکتور آنها هنوز فعال هستند: 20 راکتور در کانادا، 4 راکتور در کره جنوبی و 6 راکتور در رومانی. هر یک از این راکتورها 100 گرم تریتیوم در سال تولید می کنند. هند قصد دارد راکتورهای آب سنگین بیشتری بسازد. اما به نظر نمی رسد که این کشور تولید تریتیوم را در اختیار محققان فناوری همجوشی قرار دهد.

  چیپلت چیست؟ - زومیت

تامین تریتیوم مورد نیاز راکتورهای همجوشی از این طریق نمی تواند راه حلی پایدار و بلند مدت باشد. هدف از توسعه فناوری همجوشی در درجه اول معرفی یک جایگزین تمیزتر و ایمن تر برای روش سنتی شکافت هسته ای بود. ارنستو مازوکاتا این چیزی است که او می گوید:

استفاده از راکتورهای شکافت هسته ای کثیف برای سوخت رسانی به راکتورهای همجوشی تمیز منطقی نیست.

مازوکا یک فیزیکدان بازنشسته است که اگرچه بیشتر عمر کاری خود را صرف مطالعه توکاماک کرده است، اما منتقد جدی پروژه اتر و به طور کلی همجوشی است.

مشکل دیگری که دانشمندان هنگام کار با تریتیوم با آن مواجه هستند نیمه عمر کوتاه آن است. نیمه عمر تریتیوم 12.3 سال است و زمانی که راکتور اتر آماده راه اندازی شود، که از قضا برای 12.3 سال بعد برنامه ریزی شده است، نیمی از تریتیوم موجود در حال حاضر به هلیوم-3 تبدیل می شود. با این حال، انتظار می رود مشکل کمبود تریتیوم پس از بهره برداری از راکتور اتر پیچیده تر شود. زیرا در این صورت قرار است راکتورهای دوتریوم-تریتیوم بیشتری ساخته شود.

تریتیوم که زمانی به عنوان از دست دادن ناخواسته شکافت هسته ای در نظر گرفته می شد و برای کشورها میلیون ها دلار هزینه داشت، بر اساس برخی برآوردها به لطف فناوری همجوشی به گران ترین ماده روی زمین تبدیل شده است. 30 گرم تریتیوم هزار دلار با ارزش است و تخمین زده می شود که راکتورهای حرارتی جهان به 200 کیلوگرم از این ماده در سال نیاز دارند.

در همین حال، آنچه وضعیت را بدتر می‌کند این است که برنامه‌های تسلیحات هسته‌ای نیز به ذخایر تریتیوم جهان نگاه می‌کنند. استفاده از تریتیوم در بمب های هسته ای قدرت تخریب آن را افزایش می دهد. البته، نیروهای نظامی کشورهای دارای سلاح هسته ای تمایل دارند تریتیوم لازم را به تنهایی تولید کنند. زیرا کانادا، بزرگترین دارنده تریتیوم در جهان، از فروش آن برای مقاصد مشکل امتناع می کند.

مقاله مرتبط:

در 1999 پل رادرفوردمحققی در آزمایشگاه فیزیک پلاسما در دانشگاه پرینستون واژه همجوشی پنجره تریتیوم را برای پیش بینی مشکل کمبود سوخت در نیروگاه های همجوشی ابداع کرد.

بر اساس این تعریف، قبل از پایان کار راکتورهای آب سنگین جهان، ذخایر تریتیوم جهان در یک دوره زمانی به حداکثر میزان خود می رسد. ما اکنون در پنجره تریتیوم هستیم. اما ساخت رآکتور اتر تقریباً یک دهه عقب مانده است و نمی تواند از این فرصت خارق العاده استفاده کند. اسکات ویلیامزاو گفت: «این رهبر چرخه سوخت پروژه اتر است.

اگر اتر سه سال پیش قصد داشت تولید پلاسمای دوتریوم سوم را آغاز کند، اکنون همه چیز سر جای خود بود. اوج پنجره تریتیوم را پشت سر می گذاریم.

دانشمندان از مشکل بالقوه کمبود سوخت برای راکتورهای هسته‌ای برای دهه‌ها آگاه بوده‌اند و راه‌حلی پاک برای آن ابداع کرده‌اند: راهی برای تولید مثل تریتیوم توسط راکتورهای همجوشی به گونه ای که این راکتورها آن را همزمان با مصرف تریتیوم بازتولید می کنند. فناوری تولید مثل تریتیوم از پوشش لیتیوم 6 برای پوشش یک راکتور گرما هسته ای استفاده می کند.

  تست دوام گلکسی اس 22 اولترا نشان از استحکام بالای این گوشی دارد

سوخت هسته ای

هنگامی که یک نوترون از راکتور خارج می شود با مولکول های لیتیوم-6 برخورد می کند. در نتیجه این برخورد، تریتیوم تولید می شود که می توان آن را جمع آوری کرد و دوباره به عنوان سوخت استفاده کرد. استوارت وایتسخنگوی سازمان انرژی اتمی بریتانیا گفت:

طبق محاسبات ما، طراحی صحیح پوشش بازتولید تریتیوم می تواند سوخت کافی برای راکتورهای همجوشی خودکفا را فراهم کند. در این صورت، تنها مقدار کمی تریتیوم برای راه اندازی راکتورهای جدید مورد نیاز خواهد بود.

پروژه راکتور همجوشی هسته ای راکتیو تحت نظارت سازمان انرژی هسته ای بریتانیا در دست توسعه است. فناوری تولید مثل تریتیوم در ابتدا برای آزمایش به عنوان بخشی از پروژه اتر طراحی شده بود. اما زمانی که هزینه پروژه از 6 میلیارد دلار به 25 میلیارد دلار رسید، پروژه بی سر و صدا رد شد.

کار اسکات ویلیامز در پروژه اتر مدیریت آزمایشات در مقیاس کوچکتر است. در واقع به جای پوشاندن کل محیط راکتور اتری با لیتیوم-6، تنها قسمت هایی از توکامک اداری با کیفیت بالا با انواع لیتیوم از جمله لیتیوم مایع و لیتیوم سرب و لایه سنگریزه لیتیوم-سرامیک پوشانده می شود.

حتی خود ویلیامز معتقد است که این فناوری تا عملیاتی شدن کامل راه درازی در پیش دارد و تا زمانی که نسل بعدی راکتورهای همجوشی تکمیل نشود، آزمایش کامل تولید مثل تریتیوم امکان پذیر نخواهد بود. روندی که برخی معتقدند زمان زیادی طول خواهد کشید. مازوکاتا می گوید:

بعد از سال 2035 باید دستگاه جدیدی برای انجام آزمایشات مهمی مانند تولید تریتیوم ساخته شود که 20 یا 30 سال دیگر طول می کشد. پس چگونه می‌توانیم با ساخت رآکتورهای گرما هسته‌ای از گرمایش جهانی خلاص شویم، در حالی که تا پایان این قرن نمی‌توانیم از آنها استفاده کنیم؟

نیازی به گفتن نیست که راه های دیگری برای تولید تریتیوم وجود دارد. اینها شامل قرار دادن مواد به طور مستقیم برای تولید مثل تریتیوم در داخل محفظه همجوشی و استفاده از شتاب دهنده های خطی برای شلیک نوترون ها به هلیوم-3 است. با این حال، هزینه توسعه این روش ها برای استفاده در مقیاس گران است. علاوه بر این، به نظر می رسد که استفاده از این روش ها همچنان محدود به برنامه های تسلیحات هسته ای باشد.

  نسخه پایدار اندروید 12 برای گلکسی A52، S10 Lite، S20 FE 4G و A72 منتشر شده است.

ویلیامز می‌گوید در دنیای ایده‌آل، ما می‌توانیم جاه‌طلب باشیم و علاوه بر پروژه اتر، یک دستگاه تولید مثل تریتیوم جدید بسازیم تا سوخت مورد نیاز آن را داشته باشیم تا پروژه راکتور گرما هسته‌ای اتر تکمیل شود. وی افزود: ما نمی خواهیم خودرویی بسازیم که بنزینی برای استفاده نداشته باشد.

مشکل تامین تریتیوم باعث تشدید ظن در مورد برنامه اتر و راکتورهای سنتز دوتریوم-تریتیوم به طور کلی شده است. دلیل انتخاب ایزوتوپ‌های هیدروژن در طراحی راکتورهای آزمایشی گرما هسته‌ای این است که این دو در دماهای نسبتاً پایین‌تر با هم ترکیب می‌شوند و کارکرد آسان‌تری دارند. این یک مزیت بزرگ در طراحی راکتور اتر بود، جایی که همه چیز غیرممکن به نظر می رسید.

مقاله مرتبط:

اکنون به لطف استفاده از هوش مصنوعی در کنترل آهنرباهای توکامک برای محدود کردن واکنش های همجوشی و پیشرفت در علم مواد، برخی از شرکت های هسته ای به دنبال یافتن روش های جدید هستند.

TAE Technologies مستقر در کالیفرنیا در حال تلاش برای توسعه نوع دیگری از راکتور همجوشی است. راکتور این شرکت از سوخت هیدروژن و بور استفاده می کند که به گفته مقامات، تمیزتر و راحت تر از راکتورهای دوتریوم-تریتیوم است.

طبق برنامه ریزی ها، انتظار می رود راکتور TAE تا سال 2025 به تولید انرژی خالص دست یابد. این بدان معناست که انرژی تولید شده توسط راکتور از مصرف آن بیشتر است. عنصر بور را می توان به طور بهینه از آب دریا استخراج کرد. مزیت دیگر استفاده از سوخت بور در راکتورهای حرارتی این است که برخلاف راکتورهای همجوشی دوتریوم-تریتیوم، تجهیزاتی را منتشر نمی کند.

میشل بیندرباوئرمدیر عامل شرکت TAE Technologies می گوید که دستیابی به انرژی گرما هسته ای در مقیاس بزرگ از طریق راکتورهای نفوذپذیر هیدروژن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است. با وجود مشکلات احتمالی با تامین سوخت اصلی راکتور اتر، علاقه‌مندان به فناوری همجوشی همچنان مشتاقانه منتظر این پروژه هستند. ویلیامز معتقد است:

ادغام بسیار بسیار دشوار است و اگر از چیزی غیر از دوتریوم-تریتیوم استفاده کنید، کار شما صد برابر سخت تر می شود. شاید یک قرن بعد بتوانیم در مورد سوخت های دیگر صحبت کنیم.

دیدگاهتان را بنویسید