پیشرفت در همجوشی هسته‌ای: آیا دنیا در آستانه انرژی پاک بی‌پایان است؟
همجوشی هسته‌ای که مدت‌ها به عنوان جام مقدس انرژی پاک در دنیای درگیر با تغییرات اقلیمی و نگرانی‌های امنیت انرژی شناخته می‌شود، با پیشرفت‌های اخیر و پروژه‌های جاه‌طلبانه در سراسر جهان، این رؤیای دوردست را به تحقق نزدیک‌تر می‌کند.
ژوئن ۲۰۲۴ یک نقطه عطف مهم را نشانه‌گذاری کرد زمانی که شرکت انرژی همجوشی چین، Energy Singularity، اولین رآکتور توکاماک ابررسانای دما بالا در جهان را در شانگهای رونمایی کرد.
این رآکتور کوچک همجوشی که HH70 نام گرفته، وعده می‌دهد که کوچکتر و اقتصادی‌تر از همتایان معمولی خود باشد و ممکن است تنها در دو درصد از حجم آنها عمل کند.
این اعلان جدیدترین پیشرفت‌هایی است که میدان انرژی همجوشی را باززنده کرده است. در دسامبر ۲۰۲۲، مؤسسه ملی احتراق (NIF) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در ایالات متحده یک دستاورد تاریخی را به دست آورد که با عبور از حد احتراق، ۳.۱۵ مگاژول خروجی انرژی از ۲.۰۵ مگاژول ورودی تولید کردند و بعداً این مقدار را به ۳.۸۸ مگاژول بهبود دادند که بالاترین خروجی ثبت شده است.
رقابت برای دستیابی به انرژی همجوشی گسترده‌تر از ایالات متحده و چین است. علیرغم برنامه‌های ازکارافتادن، تأسیسات Joint European Torus (JET) در انگلستان اوایل امسال با تولید ۶۹ مگاژول انرژی از تنها ۰.۲ میلی‌گرم سوخت در پنج ثانیه رکورد جدیدی را به ثبت رساند. در همین حال، رآکتور همجوشی بزرگ جهان، JT-60SA در ژاپن، پس از ۱۵ سال ساخت و آزمایش در نوامبر ۲۰۲۳ به اولین پلاسمای خود دست پیدا کرد.
رآکتور همجوشی پیشرفته ابررسانای چین (EAST) که به خورشید مصنوعی شناخته می‌شود، از سال ۲۰۰۶ به مرزها فشار آورده است. سال گذشته، به مدت ۴۰۳ ثانیه عملیاتی باقی ماند. این کشور اکنون رآکتور آزمایشی مهندسی همجوشی چین (CFTER) نسل بعدی را توسعه می‌دهد تا اولین نمونه نمایشی انرژی همجوشی جهان را ایجاد کند.
شاید جاه‌طلبانه‌ترین پروژه در این زمینه، رآکتور آزمایشی بین‌المللی ترمو‌هسته‌ای (ITER) باشد که تلاش‌های مشترک ۳۵ کشور است. این رآکتور که در جنوب فرانسه در حال ساخت است، قرار است بزرگ‌ترین رآکتور همجوشی باشد که در هفت دهه گذشته ساخته شده است. علیرغم تأخیرهایی که هدف اولین پلاسمای ITER را به سال ۲۰۳۵ می‌اندازد، اهداف این پروژه همچنان بزرگ هستند: تولید ۵۰۰ مگاوات گرما از ۵۰ مگاوات ورودی تا ۶۰۰ ثانیه.
مزایای بالقوه انرژی همجوشی بسیار زیاد است. بر خلاف همتایش فیزشن، همجوشی زباله رادیواکتیو بلندمدت تولید نمی‌کند و به جای آن گاز هلیوم بی‌اثری تولید می‌کند. این روش بسیار کارآمد است—تنها ۱ کیلوگرم سوخت همجوشی می‌تواند معادل ۱۰ میلیون کیلوگرم سوخت فسیلی انرژی تولید کند بدون اینکه انتشار کربن داشته باشد. سوخت همجوشی که از آب و لیتیوم به دست می‌آید، فراوان است و به مدت هزاران سال نگرانی‌های امنیت انرژی را برطرف خواهد کرد.
ایمنی یک مزیت کلیدی دیگر است. دشواری در آغاز و حفظ واکنش‌های همجوشی به این معناست که خطر ذوب‌شدن، که نگرانی اصلی با رآکتورهای فیزشن است، در نیروگاه‌های همجوشی عملاً وجود ندارد.
با این حال، فناوری همجوشی چالش‌های خود را دارد.
هرچند غالباً به تولید انرژی خورشید بر زمین تشبیه می‌شود، شرایط به شکل قابل‌توجهی متفاوت است. رآکتورهای زمینی باید از ایزوتوپ‌های سنگین‌تر هیدروژن استفاده کنند که منجر به تابش نوترون می‌شود که نیازمند محافظت گسترده است. این فرآیند می‌تواند مواد رآکتور را رادیواکتیو کند، هرچند که شکست رادیواکتیو بسیار سریع‌تر از ضایعات فیزشن رخ می‌دهد.
کارایی انرژی هنوز یک مشکلی است. حفظ دماهای بسیار بالا مورد نیاز برای همجوشی و خنک نگه‌داشتن تجهیزات نیروی زیادی مصرف می‌کند. ازکارافتادگی اخیر رآکتور JET در انگلستان که هزینه‌ای نزدیک به ۳۰۰ میلیون دلار داشت و ۳۰۰۰ مترمکعب زباله رادیواکتیو تولید کرد، پیچیدگی‌های مدیریت این تأسیسات را نشان می‌دهد.
قابلیت احیای همجوشی به عنوان یک منبع انرژی تجاری هنوز مورد سوال است. برای اینکه همجوشی اقتصادی باشد، باید به یک مقدار Q (نسبت خروجی گرما به ورودی) از ۲۵ برسد - هدفی دوردست با توجه به پیشرفت‌های فعلی. با این حال، پیشرفت سریع سال‌های اخیر باعث خوشبینی شده است.
منتقدان معتقدند که منابع صرف‌شده در پژوهش‌های همجوشی می‌تواند بهتر در بهبود فناوری‌های موجود تجدیدپذیر مانند بادی و خورشیدی صرف شود. با این حال، طرفداران می‌گویند که این فناوری‌ها یک‌باره غیرقابل‌اجرا به نظر می‌رسید و تنها به واسطه سرمایه‌گذاری‌ها و پژوهش‌های مداوم به وضعیت فعلی خود رسیدند.
همجوشی هسته‌ای به عنوان یک امید فراگیر در حالی که دنیا به دنبال کاهش کربن و تأمین منابع انرژی پایدار است، مطرح می‌شود. اگرچه ممکن است به زودی توان شبکه‌ای ما را تأمین نکند، اما دستاوردهای اخیر نشان می‌دهند که زمان همجوشی ممکن است زودتر از آنچه فکر می‌کردیم فرارسد.
با سرمایه‌گذاری و همکاری بین‌المللی مستمر، رؤیای انرژی بی‌پایان تمیز می‌تواند به واقعیت تبدیل شده و روش تولید انرژی و مقابله با تغییرات اقلیمی را متحول کند.
در حالی که در آستانه دستاوردهایی هستیم که می‌توانند دنیا را تغییر دهند، واضح است که رؤیای همجوشی بیشتر از همیشه زنده است. دهه‌های آینده ممکن است تعیین‌کننده باشند که آیا این
