پیشرفت‌های تحقیقاتی در همجوشی هسته‌ای با هدف ۱۶۰۰ پالس پلاسما در ارتقاء MAST

یک گام بزرگ در تحقیقات انرژی همجوشی در حال وقوع است و کمپین علمی اخیر در تأسیسات Mega Amp Spherical Tokamak (MAST) Upgrade در پردیس Culham اداره انرژی اتمی بریتانیا در جریان است.

این کمپین بلندپروازانه ۱۰۰ روزه بیش از ۱۰۰ دانشمند از ۳۷ نهاد جهانی را درگیر می‌کند. آنها با هم بیش از ۵۰ آزمایش برای بررسی پتانسیل انرژی همجوشی انجام خواهند داد.

«این بیشترین کمپین علمی هیجان‌انگیزی خواهد بود که MAST Upgrade تا به حال انجام داده است، با تمرکز واضح بر درک چگونگی محصور کردن و تثبیت پلاسمای همجوشی با کارایی بالا و اطمینان از تخلیه قدرت مؤثر» به گفته جیمز هریسون، رهبر علمی MAST Upgrade در UKAEA.

انرژی همجوشی فرآیندی است که خورشید و ستارگان را قدرت می‌دهد. این امکان انرژی پاک، ایمن و بی‌پایان را ارائه می‌دهد. با این حال، برای دستیابی به همجوشی، دانشمندان ابتدا باید یک گاز فوق‌العاده داغ، به نام پلاسما، درون یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد و محصور کنند.

این پلاسما که از دوتریوم و تریتیوم (انواع هیدروژن) تشکیل شده است، می تواند دماهای بالاتر از ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت را تجربه کند.

دستگاه همجوشی منحصر به فرد

«MAST Upgrade یک دستگاه همجوشی جمع و جور است که به شکل یک سیب هسته دار طراحی شده است، برخلاف دیگر توکاماک‌های حلقه‌ای شکل» در یک بیانیه مطبوعاتی توسط UKAEA ذکر شد.

این طراحی نوآورانه پتانسیل مزایای آینده‌نگر برای نیروگاه‌های همجوشی ارائه می‌دهد، از جمله افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها.

در طول این کمپین، تیم در نظر دارد به رکورد ۱۶۰۰ پالس پلاسما دست یابد. هر «پالس» به مدت زمانی گفته می‌شود که پلاسما در داخل وسیله دستگاه محصور شده است.

این به دانشمندان اجازه می‌دهد تا حجم انبوهی از داده‌ها را جمع‌آوری کرده و رفتار پلاسمای را بهتر درک کنند.

به طور قابل توجهی، این تحقیقات بر دو حوزه حیاتی متمرکز خواهد بود. اول، دانشمندان بررسی می‌کنند که چگونه می‌توان فشار در هسته پلاسما را افزایش داد. فشار بالاتر به افزایش کارایی واکنش‌های همجوشی منجر می‌شود.

دوم، آزمایش‌ها به راه‌های کنترل خروجی پلاسما می‌پردازند. این خروجی، جریان ذرات بسیار داغ، باید با دقت مدیریت شود تا از محافظت از اجزای دستگاه اطمینان حاصل شود.

MmAdivertor سوپر ایکس برای مدیریت خروجی پلاسما

MAST Upgrade برای مغناطیس سوپر ایکس نوآورانه خود معروف است. این فناوری می‌تواند دمای خروجی پلاسما را تا ده برابر کاهش دهد.

«نتایج قبلی مؤثر بودن مغناطیس سوپر ایکس نوآورانه MAST Upgrade را نشان داده است، و کاهش دمای خروجی به ده برابر را بدون تأثیر بر پلاسمای هسته داغ نشان داده است» افزود دکتر فولویو میلیتلو، مدیر علم پلاسما و عملیات همجوشی.

«این کمپین هدف دارد تا بر این نتایج چشمگیر بنا کند و بررسی کند که آیا مغناطیس‌های جمع‌وجورتر و مقرون‌به‌صرفه می‌توانند به کاهش مشابه در دمای خروجی دست یابند.»

این سال، MAST Upgrade با یک دستگاه برودتی جدید تقویت شده است. این سرمایه‌گذاری ۵ میلیون پوندی، که توسط UKAEA و شورای تحقیقات علوم مهندسی و فیزیکی تأمین شده است، به دستگاه اجازه می‌دهد در دماهای بسیار بالاتر عمل کند.

دستگاه برودتی مغناطیس‌ها و سایر اجزا را خنک می‌کند، به طوری که پلاسما به دمای بسیار داغ ۶۳ میلیون درجه فارنهایت - بیش از دو برابر دمای به‌دست‌آمده در کمپین‌های قبلی - می‌رسد.

اشتراک‌گذاری پیشرفت‌ها برای انرژی همجوشی تجاری

این دماهای بالاتر شرایطی نزدیک به آنچه در نیروگاه‌های همجوشی آینده مانند STEP (توکاماک کروی برای تولید انرژی) انتظار می‌رود ایجاد می‌کند که نیروگاه همجوشی نمونه بریتانیا است که برای West Burton در ناتینگهام‌شایر برنامه‌ریزی شده است.

علاوه بر این، UKAEA به روز‌رسانی‌هایی درباره این کمپین علمی با محققان همجوشی جهانی به اشتراک خواهد گذاشت.

«دور چهارم آزمایش‌های MAST Upgrade پیشرفت علمی ما را با تعمیق درک و بهینه‌سازی طراحی‌های آینده توکاماک و نیروگاه‌های همجوشی تسریع خواهد کرد و ما را یک گام بیشتر به انرژی همجوشی تجاری نزدیک‌تر خواهد کرد» concluded Militello.