رآکتور همجوشی هسته‌ای چین به دمای ۵ برابر خورشید رسید

فرهنگ اقتصاد _ رسانه‌های دولتی در چین گزارش داده‌اند که «خورشید مصنوعی» چین به رکورد جدیدی پیرامون ایجاد گرما رسیده است. این سیستم، توانسته یک حلقه‌ی پلاسمایی را تا دمایی معادل پنج برابر دمای خورشید و به‌مدت ۱۷ دقیقه گرم نگه دارد. بر‌ پایه‌ی گزارش پایگاه خبری شینهوآی چین، رآکتور همجوشی هسته‌ای موسوم به EAST توانسته است تا دمای ۷۰ میلیون درجه سانتی‌گراد را به‌‌ مدت ۱۰۵۶ ثانیه فراهم کند. دستاورد جدید دانشمندان، ما را یک گام دیگر، هرچند کوچک، به ایجاد یک منبع نامحدود از انرژی‌های پاک نزدیک‌تر می‌کند. رآکتور همجوشی هسته‌ای آزمایشی چین درواقع رکورد رآکتور فرانسوی Tore Supra را شکسته است. این رآکتور در سال ۲۰۰۳ دمای مشابه یادشده را برای مدت زمان ۳۹۰ ثانیه فراهم کرده بود. گفتنی است که رآکتور EAST پیش از این نیز در ماه مه سال ۲۰۲۱ (بهار ۱۳۹۹) رکورد دیگری ثبت کرد و توانست به‌‌ مدت ۱۰۱ ثانیه، دمای بی‌سابقه‌ی ۱۲۰ میلیون درجه‌ سانتی‌گراد را فراهم کند. اگر بخواهیم مقایسه‌ای ذهنی برای تصوّر عظمت این دما انجام دهیم، باید اشاره کنیم که دمای خورشید واقعی در بخش‌های مرکزی این ستاره، به حدود ۱۵ میلیون درجه می‌رسد. گونگ شیانزو ، سرپرست این آزمایش و از پژوهشگران انستیتوی فیزیک پلاسمای آکادمی علوم چین در بیانیه‌ای گفت: عملیات اخیر، یک شالوده‌ی علمی و تجربی استوار و محکم را پیرامون راه‌اندازی و کار با این رآکتور همجوشی ایجاد کرد. بیش از هفتاد سال است که دانشمندانی در نقاط مختلف دنیا در حال تلاش برای بهره بردن از توان همجوشی هسته‌ای بوده‌اند. همجوشی هسته‌ای همان نحوه‌ای از تولید انرژی است که به‌طور طبیعی در ستار‌ه‌ها روی می‌دهد. در همجوشی هسته‌ای، به‌زبان ساده، اتم‌های هیدروژن تحت فرایند همجوش شدن (نوعی گداختگی) در فشار و دمای بسیار زیاد به اتم‌های هلیوم تبدیل می‌شوند. ستاره‌های معروف به ستاره‌های رشته‌‌ی اصلی ، از این راه، ماده را به نور و گرما تبدیل کرده و مقادیر بسیار عظیمی از انرژی را بدون تولید گازهای گلخانه‌ای یا پسماندهای رادیواکتیوی که برای مد‌ت‌ها باقی خواهند ماند، آزاد می‌کنند. رآکتورهای ویژه‌ی انجام همجوشی هسته‌ای را به‌نام توکاماک می‌شناسند. نیازی به یادآوری نیست که شبیه‌سازی یا تکرار فرایند و شرایط مشابهی که در قلب ستاره‌های دوردست رخ می‌دهد، به‌هیچ عنوان کار ساده‌ای نیست. متداول‌ترین مدل طراحی رآکتورهای هسته‌ای یا توکاماک از گرم کردن پلاسما (یکی از چهار حالت ماده) و در ادامه، به‌دام انداختن آن درون یک مخزن رآکتور دایره‌ای شکل (دونات‌مانند) با میدان‌های مغناطیسی قوی بهره می‌برد.
با همه‌ی این‌ها، متلاطم و فوق‌گرم نگه داشتن حلقه‌های پلاسمایی به آن مدت زمانی که یک واکنش همجوشی هسته‌ای بتواند به‌طور کامل و کارامد رخ دهد، همواره فرایند چالش‌برانگیز و سختی بوده است. ناتان یاولینسکی ، دانشمند اهل اتحاد شوروی، نخستین توکاماک را در سال ۱۹۵۸ طراحی کرد. اما از آن زمان تا به امروز، هیچکس نتوانسته رآکتوری بسازد که انرژی خروجی بیشتری در قیاس با انرژی مصرفی فراهم کند. یکی از مشکلات اصلی بر سر راه دانشمندان، همواره درمورد چگونگی کار کردن با پلاسمای بسیار گرمی بوده که آمادگی همجوشی را دارد. رآکتورهای همجوشی هسته‌ای مستلزم دماهای بسیار بالا (چندین برابر دمای خورشید) هستند. دلیل این تفاوت نیاز دمایی که بین رآکتورها با یک ستاره‌ی طبیعی همچون خورشید وجود دارد، به قوانین ترمودینامیک باز می‌گردد. فشارهایی که در آن همجوشی در ستاره‌ها رخ می‌دهد بسیار زیاد هستند. در شرایط مصنوعی، ما با فشارهای پایین‌تری سروکار داریم؛ درنتیجه برای جبران آن بایستی دما نسبت به دمای ستارگان، بالاتر باشد. گرم کردن پلاسما تا دمایی بالاتر از دمای خورشید بخش آسان‌تر از فرایند است! مسئله‌ی اصلی از جایی شروع می‌شود که ما باید بتوانیم این پلاسمای داغ و متلاطم را به‌نحوی تحت کنترل داشته باشیم که به دیواره‌های رآکتور آسیبی نرسانده و فرایند همجوشی را دچار اختلال نکند. این کنترل می‌تواند با کمک لیزرها یا میدان‌های مغناطیسی رخ دهد.

رآکتور EAST احتمالاً تا اواخر ماه ژوئن سال جاری میلادی (اواخر بهار ۱۴۰۱) آزمایش‌های دیگری را پشت سر خواهد گذاشت و انتظار می‌رود تا آن زمان هزینه‌ی کلی یک تریلیون دلار را به سازندگان تحمیل کند. پس از آن از رآکتور چینی در یک برنامه همجوشی بزرگتر که در قالب یک پروژه‌ی بین‌المللی با عنوان ITER در فرانسه انجام خواهد شد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پروژه‌ی جهانی ITER قرار است بزرگ‌ترین رآکتور هسته‌ای تاریخ باشد. این پروژه حاصل همکاری ۳۵ کشور از جمله ایالات متحده، چین، هند، انگلستان و اتحادیه اروپا است. پروژه‌ی ITER دارنده‌ی بزرگ‌ترین و قدرتمندترین آهنربای دنیا خواهد بود. این آهن‌ربای عظیم امکان ایجاد یک مغناطیسی عظیم با بزرگی ۲۸۰ هزار برابر میدان مغناطیسی طبیعی پیرامون کره‌ی زمین را فراهم می‌کند.

رآکتور همجوشی فوق طبق انتظار در سال ۲۰۲۵ آماده خواهد شد و امکان تحقیقات و بررسی‌های بسیار بیشتری را برای دانشمندان دنیا درمورد بهره‌گیری از سازوکار تولید انرژی در ستارگان برای تولید انرژی روی زمین فراهم خواهد ساخت. از سویی دولت چین درحال توسعه‌ی برنامه‌ی اختصاصی خود برای توان همجوشی است. انتظار می‌رود تا سال ۲۰۳۰ یک توکاماک جدید دیگر در این کشور ساخته شود.

در آن سوی دنیا هم انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵ شاهد تکمیل اولین رآکتور همجوشی با امکان فعالیت عملی در ایالات متحده باشیم. یک کمپانی بریتانیایی هم اعلام کرده که قصد دارد تا سال ۲۰۳۰، به فناوری تولید الکتریسیته در مقیاس تجاری از راه همجوشی هسته‌ای دست یابند.