انقلابی در انرژی هم‌جوشی هسته‌ای

مجله علمی ایلیاد - گروهی از محققان برنامه‌ای برای ایجاد نوعی هم‌جوشی هسته‌ای تدارک دیده‌اند که انرژی تولید می‌کند. پیشنهاد این عده از محققان با سایر پروژه‌های هم‌جوشی‌ای که در جهان وجود داشته است، فرق می‌کند. اگر کارهای این گروه درست باشد، هرچند عجیب است، اما «راکتور کروی هیدروژن-بورون» می‌تواند قبل از اینکه پروژه‌های هم‌جوشی مرسوم به پایان برسند، به شکلی مفید ساخته شود. چه رازی در پشت این طرح راکتور جدید وجود دارد؟ این راکتور بر عناصر کاملاً متفاوت متکی است و از روش‌های مختلفی برای گرمایش هسته‌اش استفاده می‌کند. حجم بالایی از انرژی در درون اتم‌ها محبوس شده است.

قسمت اعظمی از آن انرژی، نیروهایی را که اتم‌ها را کنار هم‌دیگر نگه می‌دارد را تشکیل می‌دهد. فیزیکدانان از قرن پیش می‌دانند که امکان دسترسی به آن انرژی با تقسیم پیوندهای موجود در آن وجود دارد. واکنش شکافت اتمی برای نابودی شهرهای هیروشیما و ناکازاکی و همچنین تامین نیروی راکتورهای هسته‌ای در سراسر جهان به‌کار گرفته شده است.

اما یافته‌ها نشان می‌دهد که واکنش معکوس حتی قوی‌تر هم است. اگرچه راکتورهای شکافت، معمولاً اتم‌های خیلی بزرگ مثل اورانیوم و پلوتونیوم را تقسیم می‌کنند، اما راکتورهای هم‌جوشی در راستای برخورد دادن اتم‌های خیلی سبک، تلاش می‌کنند. آن هسته‌ها ایزوتوپ‌های سنگین هیدروژن هستند، مثل دوتریوم و تریتیوم؛ یعنی نوترون‌های اضافی دارند. آن‌ها برای تشکیل هلیوم به هم‌جوشی با یکدیگر می‌پردازند و حجم عظیمی از انرژی را در طول فرآیند آزاد می‌کنند.

بزرگترین سلاح‌های شناخته شده در جهان، بمب‌های هم‌جوشی یا همان بمب‌های هیدروژنی هستند که دوتریوم و تریتیوم را برای ایجاد انفجارهای عظیم به یکدیگر برخورد می‌دهند. با این حال، هیچ راکتور هم‌جوشی مفیدی وجود ندارد. هر نوع مدلی که ساخته شده است، از انرژی بالایی استفاده کرده و پلاسمای داغِ لازم برای واکنش هم‌جوشی را پایدار می‌سازد. هنوز محققان زیادی بر این باور هستند که به محض دستیابی به هم‌جوشی هسته‌ای مثبت، منبعی از انرژی نامحدود برای انسان ارزانی خواهد داشت و اثرات بسیار چشم‌گیری در اقتصاد انرژی جهانی پدید خواهد آمد.

راکتور هیدروژن-بورون جدید به دلیل ساده‌ای می‌تواند تحولی عظیم ایجاد کند؛ بازده.

راکتور دوتریوم-تریتیوم، با دو چالش برای تولید برق روبرو است. وقتی اتم‌ها نوترون‌های خود را در طول واکنش از دست می‌دهند، قسمت زیادی از انرژی تلف می‌شود و انرژی باقی مانده نمی‌تواند به‌طور مستقیم به برق تبدیل شود. در عوض، از آن برای گرمایش آب استفاده می‌شود که توربین را به چرخش در می‌آورد و توربین برق تولید می‌کند. از این رو، قسمت زیادی از انرژی موجود در واکنش نمی‌تواند به‌طور کارآمدی به برق قابل استفاده تبدیل شود.

اما در مطالعه‌ی جدید که در دوازدهم دسامبر ۲۰۱۷ در مجله‌ی Laser and Particle Beams منتشر شد، «هنریش هورا» فیزیکدان دانشگاه نیو‌ساوئث ولز استرالیا و همکارانش اظهار داشتند که می‌توانند با استفاده از واکنش هم‌جوشی کاملاً متفاوت این چالش‌ها را از سر راه بردارند.

اگر هیدروژن-۰ که پروتون بدون نوترون یا الکترون است و بورون-۱۱ که نسخه‌ای از بورون با شش نوترون است را هم‌جوشی کنید، تا سه هسته هلیوم-۴ به‌دست آید که هر کدام دو پروتون و دو نوترون دارد، هیچ نوترونی هدر نمی‌رود. اتم‌ها بدون از دست دادن ذرات هسته‌شان، به خوبی ترکیب می‌شوند. براساس پیشنهاد هورا، در راکتور نیز انرژی پلاسما می‌تواند به‌طور مستقیم به برق تبدیل شود؛ حتی بدون گرمایش آب در مسیر، زیرا انرژی هم‌جوشی در قالب جریانی از ذرات باردار الکتریکی آزاد می‌شود و این می‌تواند به راحتی به جریانی در سیم تبدیل گردد.

برخلاف راکتورهای دوتریوم-تریتیوم که پلاسمای ابرداغ را با استفاده از آهنرباهای درون محفظه‌های دونات‌مانند، در جای خود نگه می‌دارد، راکتور هیدروژن-بورون کروی هورا از لیزر برای تحریک و پایدارسازی واکنش استفاده می‌کند. هورا گفت: «این لیزرها حیاتی هستند. آن‌ها انرژی بسیار کمتری را هم برای گرمایش اتم‌های موجود در پلاسما هدر می‌دهند و برای نگه داشتن اتم‌ها در کنار یکدیگر از انرژی کمتری استفاده می‌کنند.»

نوشته: رافی لتزر
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد