رآکتور همجوشی هسته کره جنوبی به مدت ۳۰ ثانیه به دمای صد میلیون درجه سانتی‌گراد رسید

یک واکنش همجوشی هسته‌ای در دمای بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد به مدت ۳۰ ثانیه ادامه پیدا کرده است. درحالی‌که مدت زمان و دما به تنهایی نمی‌تواند به‌عنوان رکورد قلمداد شود؛ اما دستیابی هم‌زمان به گرما و پایداری در واکنش، ما را یک گام دیگر به ساخت راکتور همجوشی کارآمد نزدیک‌تر می‌کند؛ البته تا زمانی که تکنیک مورد استفاده را بتوان در مقیاس بزرگ‌تر هم گسترش داد.

اکثر دانشمندان روی این موضوع اتفاق نظر دارند که ما هنوز چندین دهه تا رسیدن به توان همجوشی پایدار و بادوام فاصله داریم؛ اما پیشرفت‌های تدریجی در درک بهتر موضوع و نتایج آزمایش‌ها همچنان ادامه دارد. آزمایشی که در سال ۲۰۲۱ انجام شد، واکنشی را ایجاد کرد که توانسته بود به اندازه کافی پرانرژی برای رسیدن به حالت خودپایداری باشد. از سویی طرح‌های مفهومی برای یک راکتور تجاری در حال توسعه هستند. تمام این تلاش‌ها در حالی صورت می‌گیرد که کار روی راکتور همجوشی آزمایشی بزرگ ITER در فرانسه هم ادامه دارد.

اکنون یونگ سو نا از دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی و همکارانش موفق شده‌اند واکنشی را در دمای بسیار بالا (که برای یک راکتور کارآمد لازم است) اجرا کنند و حالت گرم و یونی ماده‌ی ایجاد‌شده در دستگاه را حفظ کنند. این دستگاه به مدت ۳۰ ثانیه پایدار بوده است.

کنترل این به‌اصطلاح پلاسما حیاتی است. اگر پلاسما دیواره های راکتور را لمس کند، به سرعت سرد شده و واکنش را خفه می‌کند و آسیب قابل توجهی به محفظه نگهدارنده‌ی ‌خودش وارد می‌کند. محققان معمولاً از اشکال مختلفی از میدان‌های مغناطیسی برای مهار پلاسما استفاده می‌کنند. برخی از دانشمندان از یک مانع انتقال لبه‌ای یا (ETB) استفاده می‌کنند. این رویکرد، پلاسما را با یک افت شدید فشار در نزدیکی دیواره راکتور و در حالتی که بتواند گرما و خروج پلاسما را متوقف کند، محدود می‌سازد. برخی دیگر از کارشناسان استفاده از یک مانع انتقالی داخلی (ITB) را ترجیح می‌دهند؛ چیزی که فشار بیشتری را در نزدیکی مرکز پلاسما ایجاد می‌کند. هر دوی این روش‌ها می‌توانند بی ثباتی‌هایی ایجاد کنند.

تیم نا از یک تکنیک اصلاح‌شده مبتنی بر ITB در دستگاه تحقیقات پیشرفته توکاماک موسوم به Superconducting Korea (KSTAR) استفاده کردند و به چگالی پلاسمای بسیار کمتری دست یافتند. به نظر می‌رسد رویکرد آن‌ها دما را در هسته‌ی پلاسما افزایش داده و آن را به سوی لبه‌ی پایین می‌آورد و این کار احتمالاً طول عمر اجزای راکتور را افزایش خواهد داد.

دومینیک پاور از امپریال کالج لندن توضیح می‌دهد که برای افزایش انرژی تولیدشده توسط یک راکتور می‌توان پلاسما را واقعا داغ و متراکم کرد یا حتی زمان محصور شدن آن را افزایش داد. او ادامه می‌دهد:

تیم پژوهشی دریافته‌اند که محدودیت چگالی در واقع کمی کمتر از حالت‌های عملیاتی سنتی است؛ . این لزوماً چیز بدی نیست، زیرا با دمای بالاتر در هسته جبران می‌شود. چنین یافته‌ای قطعاً هیجان‌انگیز است؛ اما یک عدم قطعیت بزرگ درمورد میزان درک ما از مقیاس فیزیکی برای دستگاه‌های بزرگتر وجود دارد. بنابراین چیزی مانند ITER بسیار بزرگتر از KSTAR خواهد بود.

به‌باور نا، چگالی کم کلید حل مشکل است و یون‌های «سریع» یا پرانرژی‌تر در هسته‌ی پلاسما (به اصطلاح تقویت با تنظیم سریع یون یا FIRE)ّ جزء جدایی ناپذیری برای رسیدن به پایداری هستند. اما تیم پژوهشی هنوز به‌طور کامل مکانیسم‌های درگیر در این روند را درک نکرده‌اند.

واکنش تنها به‌دلیل محدودیت‌های سخت‌افزاری پس از ۳۰ ثانیه متوقف شد و دوره‌های طولانی‌تری باید در آینده امکان‌پذیر باشد. KSTAR اکنون برای ارتقا خاموش شده و اجزای کربنی روی دیواره راکتور با تنگستن جایگزین شده و نا، باور دارد این اقدامات، تکرارپذیری آزمایش‌ها را بهبود خواهد بخشید.

لی مارگتس از دانشگاه منچستر بریتانیا باور دارد که فیزیک واقع در پس راکتورهای همجوشی به خوبی درک می‌شود؛ اما موانعی فنی وجود دارد که باید برای ساخت یک نیروگاه کارامد بر آن‌ها غلبه کرد. بخشی از آن کارها شامل توسعه‌ی روش‌هایی برای برداشت گرما از راکتور و استفاده از آن برای تولید جریان الکتریکی خواهد بود. او می‌گوید:

این فیزیک نیست؛ مهندسی است. اگر فقط از نقطه نظر یک نیروگاه گازسوز یا یک نیروگاه زغال سنگ به موضوع فکر کنید؛ اگر چیزی برای از بین بردن گرما نداشتید، آنگاه افراد دست‌اندکار اداره‌کننده‌ی آنجا خواهند گفت «باید خاموشش کنیم زیرا خیلی داغ می‌کند و نیروگاه را ذوب خواهد کرد» و این دقیقاً وضعیت حال حاضر در این رآکتور است.

برایان آپلبه در امپریال کالج لندن موافق است که چالش‌های علمی مطرح در تحقیقات همجوشی باید قابل دستیابی باشد و FIRE یک گام رو به جلو است؛ اما به باورش تجاری‌سازی دشوار خواهد بود. وی می‌گوید:

رویکرد همجوشی محصور مغناطیسی برای حل مشکل بعدی، تاریخچه بسیار طولانی تکامل را پیموده است. اما چیزی که من را نگران یا نامطمئن می‌کند، چالش‌های مهندسی پیرامون ساختن یک نیروگاه اقتصادی بر این اساس است.