دستگاه پلاسمای هسته‌ای چین ذرات قدرتمندی برای سوخت 'خورشید مصنوعی' ایجاد می‌کند
دانشمندان چینی دستگاه پلاسمای خطی ابررسانایی را طراحی کرده‌اند که برای تست مواد در راکتورهای همجوشی هسته‌ای استفاده می‌شود.
دستگاه ابررسانایی رابطه پلاسمایی (SWORD) دارای طراحی شیکی است که از Chixiao، یک شمشیر افسانه‌ای قدیمی چینی الهام گرفته شده است.
این یک گام حیاتی در پیشبرد تلاش‌های چین برای توسعه یک راکتور همجوشی است که قادر به تولید انرژی نامحدود باشد. این ژنراتور پلاسمای خطی همچنین چین را به دومین کشور بعد از هلند تبدیل می‌کند که به چنین فناوری پیشرفته پلاسما با جریان بالا دست یافته است.
محققان در آزمایشگاه توکاماک ابررسانایی پیشرفته (EAST) در هفئی در حال انجام آزمایشات برای تقلید از فرآیند همجوشی خورشید هستند با هدف تولید گرما و نور.
در سال ۲۰۲۳، EAST رکورد جدیدی ثبت کرد و برای ۴۰۳ ثانیه در حالت پلاسما با بازداری بالا و طولانی کار کرد.
آزمایش پیشرفته پلاسما
توکاماک‌ها با طراحی‌شان به شکل دونات، واکنش‌های هسته‌ای ستارگان را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی برای محصور کردن حلقه‌های پلاسما فوق‌گرم تقلید می‌کنند - حالتی از ماده که از یون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده است.
این دستگاه‌ها هدفشان همجوشی هسته‌های اتمی برای تولید انرژی با پتانسیل داشتن منبع نامحدود نیروی پاک است. اما، نگه‌داشتن و پایدار کردن پلاسما بسیار داغ و ناپایدار همچنان چالشی بزرگ باقی مانده است که نیازمند تلاش گسترده‌ای برای کنترل است.
برای پاسخ به این چالش، دانشمندان چینی دستگاه پلاسمای خطی پیشرفته‌ای طراحی کرده‌اند که برای بررسی دوام و استحکام مواد بالقوه راکتورها طراحی شده است. این دستگاه از شمشیر افسانه‌ای Chixiao در چین قدیم الهام گرفته شده و طراحی شیک و شمشیرمانندی دارد.
این دستگاه با طول ۱۵.۵ متر و وزن ۲۲.۵ تن، قادر به تولید جریان پلاسمای خارق‌العاده‌ای با تعداد ۱۰²⁴ ذره در هر متر مربع در هر ثانیه است. به طور قابل توجهی، می‌تواند به طور پیوسته بیش از ۲۴ ساعت عمل کند، شرایط شدید را که مواد در محیط‌های همجوشی با آن مواجه می‌شوند بازسازی کند.
طبق گفته مؤسسات علوم فیزیکی هفئی (HFIPS) در آکادمی علوم چین، یک پنل کارشناسی اخیراً تأیید کرده که دستگاه به تمام مشخصات طراحی دست یافته است. قابلیت‌های آن امکان آزمایش پیشرفته مواد در مواجهه با پلاسما را فراهم می‌کند، یک گام حیاتی در توسعه راکتورهای همجوشی.
به گفته این مؤسسه در بیانیه‌ای «این امکان تست دقیق مواد مواجهه با پلاسما را می‌دهد که برای دستگاه‌های همجوشی که هدفشان تقلید از فرآیند همجوشی هسته‌ای خورشید با استفاده از مواد فراوان از آب دریا برای تولید انرژی پاک است، بحرانی است.»
نقطه عطف تحقیقات همجوشی
از اواسط قرن بیستم، دانشمندان بر توسعه دستگاه‌های تجربی برای همجوشی هسته‌ای کنترل‌شده متمرکز شدند. این سیستم‌های بزرگ، که اغلب «خورشیدهای مصنوعی» نامیده می‌شوند، واکنش‌های همجوشی اتفاق‌افتاده در خورشید را تقلید می‌کنند.
به گفته کارشناسان، یک چالش کلیدی در پیشرفت آن‌ها طراحی مواد محکم است که قادر به مقاومت در برابر بمباران شدید ذرات پلاسما بر روی دیوارهای راکتور است.
ژو حیشان، محقق در مؤسسه فیزیک پلاسمایی (ASIPP) در HFIPS، در بیانیه‌ای گفت: «برای اینکه 'خورشید مصنوعی' به طور مداوم برای مدت‌های طولانی برق تولید کند، توسعه مواد قادر به تحمل شرایط شدید داخل راکتور ضروری است. این به یک محیط آزمایشی بسیار پیشرفته برای تست مواد مواجهه با پلاسما نیاز دارد.»
پس از پنج سال برطرف کردن چالش‌های فنی، SWORD به طور موفقیت‌آمیزی برای پیشرفت در تحقیقات بر روی راکتورهای همجوشی نسل بعدی چین توسعه یافت.
تیم اشاره کرده است که این دستگاه که برای آزمون مواد راکتور طراحی شده، همچنین به همکاری بین‌المللی کمک خواهد کرد، یک گام مهم در تلاش‌های جهانی برای انرژی پایدار از طریق همجوشی هسته‌ای کنترل‌شده محسوب می‌شود.
از زمان آغاز آن در سال ۲۰۰۶، راکتور EAST به عنوان یک بستر آزمایشگاهی برای محققان همجوشی هسته‌ای در چین برای انجام عملیات‌های تحقیقاتی‌شان بوده است. این کشور همچنین شاهد تلاش‌هایی در این حوزه از سوی یک استارت‌آپ به نام Energy Singularity با توکاماک HH70 و HL-3 توسعه‌یافته توسط شرکت ملی هسته‌ای چین (CNNC) نیز بوده است.
