پروژه های نوآورانه با استفاده از ابررساناهای مدرن به زودی امکان همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده را فراهم می کند، برخی خوش بینان می گویند. با این حال، کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که کاربرد عملی آن چندین دهه طول خواهد کشید.
چرا اینقدر سخت است؟
انرژی همجوشی یک منبع بالقوه انرژی برای آینده در نظر گرفته می شود. این انرژی خالص اتم است. اما این چیست و چرا دستیابی به آن اینقدر دشوار است؟ برای شروع، ما باید تفاوت بین شکافت هسته ای کلاسیک و همجوشی گرما هسته ای را درک کنیم.
شکافت اتم زمانی است که ایزوتوپ‌های رادیواکتیو - اورانیوم یا پلوتونیوم - شکافته می‌شوند و به ایزوتوپ‌های بسیار پرتوزای دیگر تبدیل می‌شوند که باید دفن یا بازیافت شوند.
واکنش همجوشی شامل این واقعیت است که دو ایزوتوپ هیدروژن - دوتریوم و تریتیوم - به یک کل واحد تبدیل می شوند و هلیوم غیر سمی و یک نوترون واحد را تشکیل می دهند، بدون تولید زباله های رادیواکتیو.
مشکل کنترل
واکنش هایی کهدر خورشید یا در یک بمب هیدروژنی رخ می دهد - این همجوشی گرما هسته ای است و مهندسان با یک کار دلهره آور روبرو هستند - چگونه می توان این فرآیند را در یک نیروگاه کنترل کرد؟
این چیزی است که دانشمندان از دهه 1960 روی آن کار کرده اند. یک راکتور همجوشی آزمایشی دیگر به نام Wendelstein 7-X در شهر گریفسوالد در شمال آلمان آغاز به کار کرده است. هنوز برای ایجاد واکنش طراحی نشده است - این فقط یک طرح خاص است که در حال آزمایش است (یک ستاره به جای توکامک).
پلاسمای پرانرژی
همه تاسیسات گرما هسته ای یک ویژگی مشترک دارند - شکل حلقوی. این بر اساس ایده استفاده از آهنرباهای الکترومغناطیسی قدرتمند برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی قوی به شکل یک چنبره - یک لوله دوچرخه باد شده است.
این میدان الکترومغناطیسی باید آنقدر متراکم باشد که وقتی در اجاق مایکروویو تا یک میلیون درجه سانتیگراد گرم می شود، پلاسما باید در مرکز حلقه ظاهر شود. سپس مشتعل می شود تا همجوشی آغاز شود.
نمایش امکانات
در اروپا، دو آزمایش از این دست در حال حاضر در حال انجام است. یکی از آنها Wendelstein 7-X است که به تازگی اولین پلاسمای هلیوم خود را تولید کرده است. دیگری ITER است، یک تأسیسات همجوشی آزمایشی عظیم در جنوب فرانسه که هنوز در دست ساخت است و در سال 2023 آماده راه اندازی خواهد شد.
فرض بر این است که واکنش های هسته ای واقعی در ITER رخ خواهد داد، با این حال، تنها دربرای مدت زمان کوتاهی و مطمئناً بیش از 60 دقیقه. این راکتور تنها یکی از چندین گام در جهت تحقق همجوشی هسته ای است.
راکتور همجوشی: کوچکتر و قدرتمندتر
اخیراً چندین طراح طراحی جدید راکتور را اعلام کرده اند. به گفته گروهی از دانشجویان مؤسسه فناوری ماساچوست و همچنین نمایندگان شرکت تسلیحاتی لاکهید مارتین، همجوشی را می توان در تأسیساتی که بسیار قدرتمندتر و کوچکتر از ITER هستند انجام داد و آنها آماده انجام آن در عرض 10 سال هستند. سال.
ایده طراحی جدید استفاده از ابررساناهای مدرن با دمای بالا در مغناطیس‌های الکترومغناطیسی است که خواص خود را هنگام خنک شدن با نیتروژن مایع به جای ابررساناهای معمولی که به هلیوم مایع نیاز دارند، نشان می‌دهند. یک فناوری جدید و انعطاف‌پذیرتر امکان طراحی مجدد کامل راکتور را فراهم می‌کند.
کلاوس هش، که مسئول فناوری همجوشی هسته ای در موسسه فناوری کارلسروهه در جنوب غربی آلمان است، بدبین است. از استفاده از ابررساناهای جدید با دمای بالا برای طراحی های جدید راکتور پشتیبانی می کند. اما، به گفته او، توسعه چیزی در رایانه، با در نظر گرفتن قوانین فیزیک، کافی نیست. باید چالش هایی را که در عملی ساختن یک ایده به وجود می آید در نظر گرفت.
علمی تخیلی
طبق گفته Hesh، مدل دانشجوی MIT فقط امکان پروژه را نشان می دهد. اما در واقع یک داستان علمی تخیلی زیادی است. پروژهنشان می دهد که مشکلات فنی جدی همجوشی حل شده است. اما علم مدرن هیچ ایده ای برای حل آنها ندارد.
یکی از این مشکلات ایده کویل های جمع شونده است. الکترومغناطیس‌ها را می‌توان به منظور وارد شدن به داخل حلقه‌ای که پلاسما را در مدل طراحی MIT نگه می‌دارد، از بین برد.
این بسیار مفید خواهد بود زیرا می توان به اشیا در سیستم داخلی دسترسی پیدا کرد و آنها را جایگزین کرد. اما در حقیقت، ابررساناها از مواد سرامیکی ساخته شده اند. صدها مورد از آنها باید به روشی پیچیده در هم تنیده شوند تا میدان مغناطیسی صحیح را تشکیل دهند. و در اینجا مشکلات اساسی بیشتری وجود دارد: اتصالات بین آنها به سادگی اتصالات کابل های مسی نیست. هیچ کس هنوز حتی به مفاهیمی فکر نکرده است که به حل چنین مشکلاتی کمک کند.
خیلی داغ
دمای بالا نیز یک مشکل است. در هسته پلاسمای همجوشی، دما به حدود 150 میلیون درجه سانتیگراد خواهد رسید. این گرمای شدید در محل باقی می ماند - درست در مرکز گاز یونیزه شده. اما حتی در اطراف آن هنوز هم بسیار گرم است - از 500 تا 700 درجه در منطقه راکتور، که لایه داخلی یک لوله فلزی است که در آن تریتیوم لازم برای همجوشی هسته‌ای "تکثیر" می‌کند
راکتور همجوشی مشکل بزرگتری دارد - به اصطلاح آزادسازی نیرو. این بخشی از سیستم است که سوخت مصرف شده، عمدتا هلیوم، را از فرآیند همجوشی دریافت می کند. اولینبه اجزای فلزی که گاز داغ وارد آن می‌شود، «دیورتور» می‌گویند. می تواند تا بیش از 2000 درجه سانتیگراد گرم شود.
مشکل Divertor
برای اینکه کارخانه بتواند این دماها را تحمل کند، مهندسان در تلاشند از تنگستن فلزی مورد استفاده در لامپ های رشته ای قدیمی استفاده کنند. نقطه ذوب تنگستن حدود 3000 درجه است. اما محدودیت های دیگری نیز وجود دارد.
در ITER می توان این کار را انجام داد، زیرا گرمایش در آن به طور مداوم رخ نمی دهد. فرض بر این است که راکتور تنها 1-3 درصد مواقع کار می کند. اما این گزینه برای نیروگاهی که نیاز به کار 24/7 دارد نیست. و اگر کسی ادعا می کند که می تواند یک راکتور کوچکتر با همان قدرت ITER بسازد، می توان گفت که او راه حلی برای مشکل انحراف ندارد.
نیروگاه در چند دهه
با این وجود، دانشمندان در مورد توسعه راکتورهای هسته ای خوشبین هستند، با این حال، آنقدر سریع که برخی از علاقه مندان پیش بینی می کنند، نخواهد بود.
ITER باید نشان دهد که همجوشی کنترل شده در واقع می تواند انرژی بیشتری نسبت به حرارت دادن پلاسما تولید کند. قدم بعدی ساختن یک نیروگاه هیبریدی جدید است که در واقع برق تولید می کند.
مهندسان در حال حاضر روی طراحی آن کار می کنند. آنها باید از ITER یاد بگیرند که قرار است در سال 2023 راه اندازی شود. با توجه به زمان مورد نیاز برای طراحی، برنامه ریزی و ساخت، به نظر می رسدبعید است که اولین نیروگاه همجوشی خیلی زودتر از اواسط قرن بیست و یکم راه اندازی شود.
Rossi Cold Fusion
در سال 2014، یک آزمایش مستقل از راکتور E-Cat به این نتیجه رسید که این دستگاه به طور متوسط 2800 وات توان خروجی در یک دوره 32 روزه با مصرف 900 وات تولید می کند. این بیشتر از هر واکنش شیمیایی است که قادر به جداسازی باشد. نتیجه یا از یک پیشرفت در همجوشی گرما هسته ای صحبت می کند یا از تقلب آشکار. این گزارش شک‌ها را ناامید کرد، که شک دارند آیا این آزمایش واقعاً مستقل بوده و احتمال جعل نتایج آزمایش را پیشنهاد می‌کنند. دیگران مشغول کشف "مواد تشکیل دهنده مخفی" هستند که ترکیب روسی را قادر می سازد تا این فناوری را تکرار کند.
روسی کلاهبردار است؟
Andrea حیرت انگیز است. او اعلامیه‌هایی را به زبان انگلیسی منحصر به فرد در بخش نظرات وب‌سایت خود منتشر می‌کند که به ادعای آن مجله فیزیک هسته‌ای نامیده می‌شود. اما تلاش های ناموفق قبلی او شامل پروژه ایتالیایی تبدیل زباله به سوخت و یک ژنراتور ترموالکتریک بود. پترولدراگون، یک پروژه تبدیل زباله به انرژی، تا حدی شکست خورد زیرا تخلیه غیرقانونی زباله توسط جرایم سازمان‌یافته ایتالیایی کنترل می‌شود، که به دلیل نقض مقررات مدیریت پسماند، اتهامات جنایی علیه آن تنظیم کرده است. او همچنین یک دستگاه ترموالکتریک برای سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده ایجاد کرد، اما در طول آزمایش، این ابزار تنها کسری از توان اعلام شده را تولید کرد.
بسیاری به روسی اعتماد ندارند و سردبیر نیو انرژی تایمز صراحتاً او را یک جنایتکار با مجموعه ای از پروژه های انرژی شکست خورده در پشت سر خود خواند.
تأیید مستقل
روسی قراردادی را با شرکت آمریکایی Industrial Heat برای انجام آزمایش مخفی یک ساله یک نیروگاه همجوشی سرد 1 مگاواتی امضا کرد. این دستگاه یک کانتینر حمل و نقل بود که حاوی ده ها E-Cat بود. آزمایش باید توسط شخص ثالثی کنترل می شد که می توانست تأیید کند که تولید گرما واقعاً در حال انجام است. روسی ادعا می کند که بیشتر سال گذشته را صرف زندگی در یک کانتینر و نظارت بر عملیات بیش از 16 ساعت در روز برای اثبات قابلیت تجاری E-Cat کرده است.
آزمون در ماه مارس به پایان رسید. هواداران روسی مشتاقانه منتظر گزارش ناظران بودند و امیدوار بودند که قهرمان خود را تبرئه کنند. اما در نهایت آنها یک شکایت کردند.
دعوی قضایی
در پرونده‌ای در دادگاه فلوریدا، روسی ادعا می‌کند که آزمایش موفقیت‌آمیز بوده و یک داور مستقل تأیید کرده است که راکتور E-Cat شش برابر بیشتر از مصرف انرژی تولید می‌کند. او همچنین ادعا کرد که صنعتی Heat موافقت کرده است که 100 میلیون دلار - 11.5 میلیون دلار پیشاپیش پس از آزمایش 24 ساعته (ظاهراً برای حقوق مجوز تا شرکت بتواند فناوری را در ایالات متحده بفروشد) و 89 میلیون دلار دیگر پس از تکمیل موفقیت آمیز دوره طولانی به او پرداخت کند. آزمایشی ظرف 350 روز روسی IH را به اجرای یک "طرح تقلب" متهم کردکه هدفش سرقت مالکیت معنوی او بود. او همچنین این شرکت را به سوء استفاده از راکتورهای E-Cat، کپی غیرقانونی فناوری ها و محصولات نوآورانه، عملکرد و طرح ها، و سوء استفاده از حق ثبت اختراع در مورد مالکیت معنوی خود متهم کرد.
معدن طلا
در جای دیگر، روسی ادعا می کند که در یکی از تظاهرات خود، آی اچ 50 تا 60 میلیون دلار از سرمایه گذاران و 200 میلیون دلار دیگر از چین پس از پخش مجدد با حضور مقامات ارشد چینی دریافت کرد. اگر این درست باشد، آنگاه بیش از صد میلیون دلار در خطر است. گرمای صنعتی این ادعاها را بی اساس رد کرده و قرار است به طور فعال از خود دفاع کند. مهمتر از همه، او ادعا می کند که "بیش از سه سال کار کرده است تا نتایجی را که گفته می شود روسی با فناوری E-Cat خود به دست آورده است، تایید کند، بدون موفقیت."
IH به E-Cat اعتقادی ندارد و New Energy Times دلیلی برای شک در آن نمی بیند. در ژوئن 2011، یکی از نمایندگان این نشریه از ایتالیا بازدید کرد، با روسی مصاحبه کرد و نمایشی از E-Cat او را فیلمبرداری کرد. او یک روز بعد از نگرانی های جدی خود در مورد روش اندازه گیری توان حرارتی خبر داد. پس از 6 روز، این روزنامه نگار ویدئوی خود را در یوتیوب منتشر کرد. کارشناسان از سراسر جهان برای او تحلیل هایی فرستادند که در ماه جولای منتشر شد. مشخص شد که این یک دروغ بود.
تأیید تجربی
با این حال، تعدادی از محققان - الکساندر پارخوموف از دانشگاه دوستی مردم روسیه و پروژه یادبود مارتین فلیشمن (MFPM) -موفق به بازتولید همجوشی گرما هسته ای سرد روسیه شد. گزارش MFPM با عنوان "پایان عصر کربن نزدیک است" بود. دلیل چنین تحسینی کشف انفجاری از تابش گاما بود که جز با واکنش گرما هسته ای نمی توان آن را توضیح داد. به گفته محققان، روسی دقیقاً همان چیزی را دارد که می گوید.
یک دستور العمل باز مناسب برای همجوشی سرد می تواند جرقه ای برای طلای انرژی ایجاد کند. ممکن است روش‌های جایگزین برای دور زدن پتنت‌های روسی و دور نگه داشتن او از تجارت چند میلیارد دلاری انرژی پیدا شود.
پس شاید روسی ترجیح می دهد از این تایید اجتناب کند.
