پرتوهای گاما میزان قدرت را با دقت در راکتورهای همجوشی هسته‌ای نشان می‌دهند
پژوهشگران در چیزی که می‌توان آن را یک پیشرفت عمده نامید، روشی نوآورانه برای اندازه‌گیری قدرت در راکتورهای همجوشی هسته‌ای توسعه داده‌اند.
آن‌ها کشف کرده‌اند که پرتوهای گاما، تولید شده در طی واکنش هسته‌ای دوتریوم-تریتیوم، می‌توانند به عنوان یک ابزار دقیق و جایگزین برای اندازه‌گیری خروجی قدرت در راکتورهای همجوشی جدید عمل کنند.
در حال حاضر، دستگاه‌های همجوشی مغناطیسی تنها به شمارش نوترو‌ن‌های مطلق به عنوان یک روش مستقیم برای اندازه‌گیری قدرت همجوشی متکی هستند.
«با این حال، این تکنیک چندین مشکل دارد: انتشار و حمل و نقل نوترو‌ن‌ها از یک منبع گسترده مانند توکامک و تعامل آن‌ها با مواد راکتور نیاز به استفاده از کدهای شبیه‌سازی پیچیده و همچنین کمپین‌های کالیبراسیون طولانی و پرهزینه برای اعتبارسنجی کدها دارد،» به گفته پژوهشگران در مطالعه .
تیم پژوهشی اکنون یک روش جایگزین شناسایی کرده است. روش جدید از نسبت انشعاب پرتو گاما به نوترو‌ن در واکنش دوتریوم-تریتیوم استفاده می‌کند، اندازه‌گیری که قبلاً شناسایی نشده بود.
به زبان ساده، پژوهشگران روشی برای شمارش پرتوهای گاما نادری که در این واکنش همجوشی منتشر می‌شوند پیدا کرده‌اند.
اندازه‌گیری پرتو گاما
با شمارش پرتوهای گاما نادری که در این واکنش منتشر می‌شوند، پژوهشگران اکنون می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره قدرت همجوشی به‌دست آورند، مستقل از تکنیک‌های شمارش نوترو‌ن سنتی.
«شمارش مطلق پرتوهای گامای دوتریوم-تریتیوم می‌تواند تکنیک ثانویه مستقل از نوترو‌ن مورد نیاز برای اعتبارسنجی نتایج علمی و به عنوان یک ابزار مجوز دهی برای آینده نیروگاه‌ها باشد،» تیم پژوهشی توضیح داد.
این روش جدید شامل اندازه‌گیری دقیق دو پرتو گاما خاص با انرژی‌های حدود ۱۳ مگا‌الکترون‌ولت و ۱۷ مگا‌الکترون‌ولت است.
«از این اندازه‌گیری، که قبلاً با دقت کافی انجام نشده بود، امکان تعیین انرژی‌ها و شدت نسبی با که دو پرتو گاما منتشر می‌شوند به‌دست آمد،» اظهار داشت ماریکا ربای، پژوهشگر در شورای ملی تحقیقات (CNR-ISTP) و یکی از نویسندگان مطالعه.
«این فرآیند انتشار پرتو گاما دارای احتمال نسبی (که نسبت انشعاب نامیده می‌شود) بسیار کمتری نسبت به انتشار نوترو‌ن ۱۴ مگا‌الکترون‌ولت دارد.»
پیامدها برای راکتورهای همجوشی آینده
آندریا دال مولین و داویده ریگامونتی، که مطالعه دیگری در مورد همین موضوع را رهبری کردند، گفتند که این نتیجه به آن‌ها اجازه داد تا بفهمند یک پرتو گاما برای هر ۴۲٬۰۰۰ نوترو‌ن ۱۴ مگا‌الکترون‌ولت تولید می‌شود.
«این مسیر را برای استفاده از اندازه‌گیری مطلق پرتو گاما به عنوان یک روش جایگزین و مکمل جدید برای اندازه‌گیری نوترو‌ن‌ها در تعیین قدرت دست‌یافته در راکتورهای همجوشی جدید بر مبنای واکنش دوتریوم-تریتیوم، مانند ITER و SPARC، باز می‌کند،» افزودند دال مولین و ریگامونتی.
برای زمینه‌سازی، راکتور بین‌المللی ترمو‌هسته‌ای آزمایشی (ITER) یک تلاش جهانی همکاری‌مبنا است که بر اثبات قابلیت همجوشی قدرت متمرکز است. این راکتور به دو روش مستقل برای اندازه‌گیری دقیق قدرتی که تولید می‌کند نیاز دارد.
«تا به حال، نبود یک روش مستقیم و جایگزین برای شمارش مطلق نوترو‌ن‌ها مانع اعتبارسنجی مستقل نتایج حاصل از آزمایش‌های جاری و مجوزدهی به نیروگاه‌های تجاری آینده بوده است،» مارکو تاردوکی، هماهنگ‌کننده پروژه و مدیر پژوهشی در CNR-ISTP، تأکید کرد.
کاربردهای گسترده‌تر و چشم‌انداز آینده
این تکنیک جدید مبتنی بر پرتو گاما پتانسیل این را دارد که به عنوان روش دوم اساسی عمل کند و به‌این‌ترتیب دقت و قابلیت اعتماد اندازه‌گیری‌های قدرت ITER را افزایش دهد.
این کشف فراتر از ITER امتداد می‌یابد و پیامدهای مهمی برای پژوهش در انرژی همجوشی دارد. همچنین امکان بررسی واکنش‌های همجوشی جایگزین مانند پروتون-بور یا دوتریوم-هلیوم-۳ را فراهم می‌کند که نوترو‌ن تولید نمی‌کنند. این واکنش‌ها پتانسیل تولید انرژی پاک‌تر و کارآمدتر را در آینده دارند.
تیم پژوهشی نسبت به آینده خوشبین است و برنامه دارد تا تکنیک اندازه‌گیری پرتو گامای خود را در نسل بعدی راکتورهای همجوشی مغناطیسی پیاده‌سازی کند.
