پیشرفت بزرگ آمریکا در افزایش 10 برابری قدرت همجوشی هسته‌ای با ترکیب سوخت جدید
دانشمندان در سراسر جهان به طور مداوم در جستجوی راه‌هایی هستند تا قدرت همجوشی را به واقعیت تبدیل کنند.
همجوشی که فرآیندی در قلب خورشید است، پتانسیل فراهم کردن انرژی پاک و فراوان را دارد و به عنوان جام مقدس تولید انرژی در نظر گرفته می‌شود. با این حال، ساخت این فرآیند بر روی زمین تا کنون چالش برانگیز بوده است.
در این راستا دانشمندان در آزمایشگاه فیزیک پلاسما وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) با موفقیتی مهم روبرو شده‌اند.
آن‌ها دریافته‌اند که یک تنظیم ساده در ترکیب سوخت می‌تواند به طور چشمگیری کارایی رآکتورهای همجوشی را بهبود بخشد.
«همجوشی واقعاً، واقعاً سخت است و طبیعت زیاد به شما لطف نمی‌کند. بنابراین، بهبود به این بزرگی شگفت‌انگیز بود،» جیسون پاریسی، فیزیکدان تحقیقاتی در آزمایشگاه و نویسنده اول در مقاله تحقیقاتی گفت.
راه‌حل مشکل تریتیوم
رآکتورهای همجوشی به‌طور معمول از ترکیبی از دوتریوم و تریتیوم، هر دو ایزوتوپ‌های سنگین هیدروژن، استفاده می‌کنند. اما تکیه بر تریتیوم، ایزوتوپ نادر و رادیواکتیو هیدروژن، یک مانع اصلی بوده است.
تریتیوم عنصر کلیدی در ترکیب سوخت رآکتورهای همجوشی است اما تولید آن گران است و مسائل ایمنی را به همراه دارد.
محققان PPPL راهی یافته‌اند تا مقدار زیادی از تریتیوم مورد نیاز برای واکنش‌های همجوشی را کاهش دهند. رویکرد آن‌ها شامل تنظیم نسبت دوتریوم و تریتیوم در ترکیب سوخت و استفاده از فرآیندی به نام قطبش چرخشی است.
قطبش چرخشی چرخش کوانتومی اتم‌های سوخت را هماهنگ می‌کند و آن‌ها را بیشتر متمایل به همجوشی می‌سازد. این عامل کارایی واکنش همجوشی را افزایش می‌دهد و اجازه می‌دهد توان بیشتری با همان میزان سوخت تولید شود.
این رویکرد در مدل‌های کامپیوتری نتایج شگفت‌انگیزی نشان داده است. محققان دریافته‌اند که حتی سطوح متوسط قطبش چرخشی می‌تواند به‌طور قابل توجهی کارایی سوخت‌سوزی تریتیوم را بهبود بخشد.
«در یک دستگاه همجوشی، به‌طور معمول، تریتیوم به‌طور کامل نمی‌سوزد و به دست آوردن آن سخت است. بنابراین ما خواستیم کارایی سوخت‌سوزی تریتیوم را بهبود بخشیم،» احمد دیالو، نویسنده همکار مقاله می‌گوید.
این می‌تواند منجر به کاهش ده برابری مقدار تریتیوم مورد نیاز برای واکنش‌های همجوشی شود.
مجموعه‌ای از مزایای عملی
افزایش کارایی به چندین مزیت عملی ترجمه می‌شود. این امر مقدار تریتیوم مورد نیاز را کاهش می‌دهد و ریسک‌های مرتبط با مدیریت و ذخیره این ماده رادیواکتیو را به حداقل می‌رساند.
«هر چقدر تریتیوم کمتری در سیستم شما جریان دارد، کمتر به اجزای آن وارد می‌شود،» پاریسی اضافه کرد.
بعلاوه، کاهش مقدار تریتیوم مورد نیاز، اجازه ایجاد امکانات ذخیره و پردازش کوچکتر و کاراتر را می‌دهد.
«با نیاز کمتر به تریتیوم، اندازه کلی نیروگاه همجوشی را می‌توان کاهش داد و آن را برای اعطا مجوز، موقعیت‌یابی و ساخت آسان‌تر کرد. این به طور کل باید هزینه‌های عملیاتی سیستم همجوشی را کاهش دهد،» محققان در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح دادند.
مطالعه PPPL اولین مطالعه‌ای است که پتانسیل سوخت‌های قطب‌بندی شده برای بهبود کارایی سوخت‌سوزی تریتیوم را بررسی کرده است. این یک گام قابل توجه به پیش در تحقیقات انرژی همجوشی محسوب می‌شود.
«این اولین باری است که محققان بررسی کرده‌اند که چگونه سوخت قطب‌بندی شده می‌تواند کارایی سوخت‌سوزی تریتیوم را بهبود بخشد،» یاکوب شوارتز، فیزیکدان تحقیقاتی و نویسنده همکار مطالعه گفت.
