همجوشی هسته‌ای: این کشف جدید چه مدت انرژی خانه‌ها را تامین می‌کند
همجوشی هسته‌ای: این کشف جدید چه مدت انرژی خانه‌ها را تامین می‌کند
شبکه خبری سیانان در گزارشی، تاثیری که این شکل جدید از انرژی هسته‌ای می‌تواند در زندگی روزمره ما داشته باشد، چراغ‌های خانه‌مان را روشن کند و وابستگی به سوخت‌های فسیلی را پایان دهد، را مورد بررسی قرار داده است.
همجوشی هسته‌ای چیست و چرا اهمیت دارد؟
همجوشی هسته‌ای فرایندی است که به دست انسان انجام می‌شود و همان انرژی که روی خورشید تولید می‌شود را روی زمین تولید می‌کند. همجوشی هسته‌ای زمانی اتفاق می‌افتد که دو یا چند اتم در یک اتم بزرگ‌تر ذوب می‌شوند؛ این فرایند مقدار زیادی انرژی به‌عنوان گرما تولید می‌کند. دانشمندان در سراسر جهان دهه‌ها در حال مطالعه همجوشی هسته‌ای بوده‌اند و امیدوارند آن را با منبع جدید بازسازی کنند که انرژی بی‌نهایت و بدون کربن و بدون زبانه‌های هسته‌ای ایجاده‌شده در راکتورهای هسته‌ای فعلی، تولید کند.
پروژه‌های همجوشی عمدتا از عناصر «دوتریوم» و «تریتیوم» استفاده می‌کنند که هر دو ایزوتوپ‌های هیدروژن‌اند. دوتریوم حاصل از یک لیوان آب، با کمی تریتیوم اضافه‌شده می‌تواند انرژی لازم برای یک خانه را به مدت یک سال تامین کند. به دست آوردن تریتیوم کمیاب و چالش‌برانگیز است، گرچه می‌توان آن را به‌صورت مصنوعی ساخت.
جولیو فریدمن، دانشمند ارشد سابق در لارنس لیورمور، به سیانان گفت: «برخلاف زغال سنگ، شما فقط به مقدار کمی هیدروژن نیاز دارید و این فراوان‌ترین عنصری است که در کیهان یافت می‌شود. هیدروژن در آب یافت می‌شود، بنابراین موادی که این انرژی را تولید می‌کنند نامحدود و تمیز‌ند.»
همجوشی هسته‌ای چه تفاوتی با شکافت هسته‌ای دارد؟
وقتی مردم به انرژی هسته‌ای فکر می‌کنند، برج‌های خنک‌کننده و ابرهای قارچی شکل ممکن است به ذهنشان خطور کند، اما همجوشی کاملا متفاوت است. در حالی که همجوشی دو یا چند اتم را ذوب می‌کند، شکافت برعکس است و فرایند تقسیم یک اتم بزرگ‌تر به دو یا چند اتم کوچک‌تر است. شکافت هسته‌ای نوعی انرژی است که راکتورهای هسته‌ای را در سراسر جهان به کار می‌اندازد. مانند همجوشی، گرمای ایجادشده از شکافتن اتم‌ها نیز برای تولید انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
وزارت انرژی ایالات متحده می‌گوید همجوشی زباله‌های رادیواکتیو فرار تولید می‌کند که باید به‌طور ایمن ذخیره شوند. همجوشی هسته‌ای خطرات ایمنی یکسانی مانند شکافت هسته‌ای به همراه ندارد، اما مواد مورد استفاده برای تامین انرژی نیمه‌عمر بسیار کوتاه‌تری نسبت به شکافت هسته‌ای دارند.
چگونه انرژی همجوشی هسته‌ای در نهایت چراغ‌های خانه شما را روشن می‌کند؟
دو راه اصلی برای تولید همجوشی هسته‌ای وجود دارد، اما هر دو نتیجه یکسانی دارند. از همجوشی دو اتم مقدار زیادی گرما ایجاد می‌شود که کلید تولید انرژی است. از این گرما می‌توان برای گرم کردن آب، ایجاد بخار و چرخاندن توربین‌ها برای تولید نیرو استفاده کرد که بسیار شبیه تولید انرژی از شکافت هسته‌ای است.
چالش بزرگ بهره‌برداری از انرژی همجوشی نگهداری آن برای مدت زمانی است که بتواند انرژی شبکه‌های الکتریکی و سیستم‌های گرمایشی را در سراسر جهان تامین کند. پیشرفت موفقیت‌آمیز ایالات متحده یک پیروزی بزرگ است، اما هنوز در مقیاس بسیار کوچک آزمایش شده است و تا تامین انرژی کافی برای راه‌اندازی نیروگاه‌های بزرگ راه درازی باقی است.
این نخستین بار است که دانشمندان با موفقیت یک واکنش همجوشی هسته‌ای را تولید می‌کنند که به افزایش انرژی خالص منجر می‌شود. با این حال، مراحل بسیار بیشتری وجود دارد تا زمانی‌که این امر از نظر تجاری قابل دوام باشد. دانشمندان باید بتوانند نشان دهند که می‌توانند انرژی بیشتری را نسبت به آنچه با آن شروع کرده بودند، ایجاد کنند، زیرا در غیر این صورت، توسعه آن چندان منطقی نیست.
پروژه همجوشی در ایالات متحده، بریتانیا و اروپا در حال انجام است. محل راکتور آزمایشی هسته‌ای بین‌المللی در فرانسه است که ۳۵ کشور در آن همکاری می‌کنند. اعضای اصلی مشارکت‌کننده در آن شامل چین، ایالات متحده، اتحادیه اروپا، روسیه، هند، ژاپن و کره جنوبی است.
در ایالات متحده بسیاری از کارهای این پروژه در مرکز احتراق ملی در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا که ساختمانی به اندازه سه زمین فوتبال است، انجام می‌شود. دانشمندان آمریکایی گلوله‌های حاوی سوخت هیدروژن را از حدود ۲۰۰ لیزر شلیک می‌کنند و یک سری انفجارهای بسیار سریع و مکرر با سرعت ۵۰ بار در ثانیه رخ می‌دهد. انرژی جمع‌آوری‌شده از نوترون‌ها و ذرات آلفا به صورت گرما استخراج می‌شود.
مراحل بعدی چیست؟
در مرحله بعدی دانشمندان و کارشناسان باید بفهمند که چگونه می‌توان انرژی بسیار بیشتری از همجوشی هسته‌ای در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر تولید کرد. آن‌ها همچنین باید راهی پیدا کنند که در نهایت هزینه همجوشی هسته‌ای را کاهش دهند تا بتوان از آن به صورت تجاری استفاده کرد. دانشمندان همچنین، باید بتوانند انرژی تولیدشده از همجوشی را به شبکه برق انتقال دهند.
احتمالا ده‌ها سال طول خواهد کشید تا همجوشی بتواند مقادیر نامحدودی انرژی تولید کند. به همین دلیل، می‌توان گفت دانشمندان برای مبارزه با تغییرات آب‌و‌هوایی در حال رقابت با زمان‌اند. فریدمن گفت این پروژه به کاهش تغییرات آب‌و‌هوایی در ۲۰ تا ۳۰ سال آینده کمک معناداری نخواهد کرد. چیزی که کشف شده است مانند روشن کردن یک کبریت است و تولید واقعی انرژی مانند ساخت یک توربین گاز است. سرمایه‌گذاری در آزمایش‌های مربوط به انرژی همجوشی از نظر تاریخی در آزمایشگاه‌های بزرگ با بودجه عمومی انجام می‌شد، اما در سال‌های اخیر، شرکت‌های خصوصی نیز در این زمینه شروع به سرمایه‌گذاری کرده‌اند و ارائه انرژی همجوشی در دهه ۲۰۳۰ را وعده می‌دهند.
به گزارش انجمن صنایع همجوشی، در ۱۲ ماه منتهی به پایان ژوئن ۲۰۲۲، شرکت‌های فعال در انرژی همجوشی ۲.۸۳ میلیارد دلار در این زمینه سرمایه‌گذاری کرده‌اند که کل سرمایه‌گذاری بخش خصوصی در این صنعت را تا به امروز به تقریبا ۴.۹ میلیارد دلار رسانده است.
منبع: ایندیپندنت
