اولین پیشرفت در اشتعال همجوشی جهان: شرکت آمریکایی جایزه با ارزش را کسب کرد
جوایز R&D 100، که به عنوان «جایزه نوبل» برای مهندسان و نوآوران شناخته می‌شود، به تازگی شرکت جنرال اتمیکس را به عنوان تیم تحقیق و توسعه سال انتخاب کردند. این شرکت به دلیل سیستم 4Pi که به اولین اشتعال همجوشی کنترل شده موفق در جهان کمک کرد، برنده این جایزه شدند.
تأسیسات اشتعال ملی (NIF) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در ایالات متحده، با استفاده از این سیستم، اولین اشتعال همجوشی کنترل شده را به دست آورد.
این اولین باری بود که دانشمندان توانستند انرژی بیشتری از همجوشی نسبت به انرژی مورد استفاده برای شروع واکنش همجوشی تولید کنند. نتایج این آزمایش تاریخی ثابت کرد که تولید انرژی پاک از همجوشی هسته‌ای بر روی زمین عملی است.
تیم جنرال اتمیکس در یک بیانیه مطبوعاتی نوشت: «این دستگاه که به عنوان سیستم متروژی یکپارچه 4Pi شناخته می‌شود، یک فناوری بی‌سابقه است که در دستیابی و تکرار اشتعال همجوشی در تأسیسات اشتعال ملی در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) نقش اساسی داشته است.»
با این حال، برای درک عملکرد سیستم 4Pi، ابتدا فرد باید همجوشی هسته‌ای و جزئیات آزمایش اشتعال همجوشی کنترل شده در سال 2022 را درک کند.
اولین اشتعال موفق همجوشی هسته‌ای
وقتی دو هسته کوچک اتمی با هم ترکیب شده و هسته‌ای بزرگ‌تر تشکیل می‌دهند، مقادیر زیادی انرژی و حرارت آزاد می‌کنند. این فرآیند به عنوان همجوشی هسته‌ای شناخته می‌شود. این پدیده در ستارگان، از جمله خورشید ما، رخ می‌دهد که در آن اتم‌های هیدروژن با هم ترکیب شده و هلیوم تشکیل می‌دهند. انرژی و حرارتی که در حین این واکنش آزاد می‌شود، نیروی خورشید و ستارگان را تامین می‌کند.
از دهه ۱۹۵۰، دانشمندان در سراسر جهان تلاش کرده‌اند همجوشی هسته‌ای را در زمین عملی کنند تا انرژی پاک و فراوانی تولید کنند. آنها بیش از هفتاد سال زمان برد تا به اشتعال همجوشی کنترل شده برسند، که اولین قدم برای تحقق همجوشی به عنوان منبع انرژی پاک عملی است.
در طول آزمایش همجوشی سال ۲۰۲۲، تیم NIF از روش همجوشی فشاری لخت‌ار (ICF) استفاده کردند. آنها یک قطعه کوچک پر شده با سوخت دوتریوم و تریتیوم را در یک کپسول قرار دادند. سپس از ۱۹۲ لیزر قدرتمند استفاده کردند تا از همه جهات به کپسول شلیک کنند.
لیزرها حرارت و فشار شدیدی ایجاد کردند که سوخت را به شرایط بسیار شدید مورد نیاز برای همجوشی هسته‌ای فشرده می‌کردند. انرژی آزاد شده از این واکنش همجوشی بیش از انرژی ورودی بود و برای اولین بار اشتعال ممکن شد.
بر اساس گزارش تیم جنرال اتمیکس، سیستم 4Pi نقش اساسی در موفقیت آزمایش اشتعال سال ۲۰۲۲ داشت. این سیستم به عنوان یک ابزار تشخیصی برای اندازه‌گیری شرایط داخل کپسول همجوشی مورد استفاده قرار گرفت.
نقش 4Pi در اشتعال همجوشی هسته‌ای
کپسول همجوشی به طور معمول تنها ۲ میلی‌متر قطر دارد و برای موفقیت اشتعال باید بدون نقص باشد. به عنوان مثال، این کپسول با دقت بسیار بیشتری ساخته شده است، با اندازه‌گیری‌هایی کوچکتر از یک میلیونیم متر.
تیم جنرال اتمیکس توضیح داد، «کپسول‌های سوخت باید تا حد امکان بی‌نقص باشند زیرا کوچک‌ترین نقص‌ها می‌توانند رفتار سوخت را هنگام فشرده‌سازی هدف تحت تأثیر قرار دهند. به این معنا که ناهنجاری‌هایی کوچکتر از ۱/۱۰۰ قطر موی انسان می‌تواند اشتعال را خفه کند.»
سیستم 4Pi به دانشمندان اجازه داد تا کیفیت و کپسول همجوشی را کنترل کنند. به عنوان مثال، در طول فرآیند ساخت کپسول، به طور خودکار کپسول‌ها را بررسی می‌کند، نقص‌ها را تشخیص می‌دهد و بهبودهای دقیقی ایجاد می‌کند.
سیستم 4Pi جنرال اتمیکس تا هشت ابزار را در یک سیستم مختصات یکپارچه‌سازی می‌کند، از جمله روباتیک، اتوماسیون، ارزیابی دسته‌ای و تکنولوژی‌های یادگیری ماشین. این روش، خطاهای اندازه‌گیری که می‌توانند از انتقال دستی هدف بین ابزارها بوجود آید را حذف می‌کند. بنابراین، این سیستم تشخیص بهترین هدف‌ها را از هر تولید دسته‌ای امکان‌پذیر می‌کند.
مجموعه‌ای از آزمایش‌های موفق
از دسامبر ۲۰۲۲، دانشمندان پنج بار اشتعال همجوشی موفق انجام داده‌اند و سیستم 4Pi بخش جدایی‌ناپذیری از این آزمایش‌ها بوده است. اهمیت آن از این حقیقت مشخص می‌شود که هیئت داوران جوایز R&D سیستم 4Pi را از بین صدها نوآوری دیگر که توسط محققان از ۱۶ کشور مختلف ارسال شده بودند، انتخاب کردند.
تیم پشت سیستم 4Pi از بردن این جایزه R&D هیجان‌زده است و به دنبال پیشرفت‌های بیشتر در فناوری خود هستند.
مایک فارل، معاون فناوری‌های هم‌کششی در جنرال اتمیکس، گفت: «من مطمئن هستم که سیستم 4Pi همچنان نقشی مهم در کمک به دانشمندان برای درک اصول بنیادی برای به طور معمول و مقاوم تولید شرایط اشتعال همجوشی ایفا خواهد کرد.
