بزرگترین راکتور همجوشی جهان امیدی برای انرژی پاک است

بزرگترین راکتور همجوشی جهان امیدی برای انرژی پاک است

یک رآکتور جدید و قدرتمند توکامک ساخته شده از فولاد در نظر دارد در نهایت به جام مقدس تولید برق با انرژی همجوشی دست یابد.

در اعماق منطقه پروونس فرانسه، که به دلیل شرایط زمین‌شناسی، هیدرولوژیکی، و لرزه‌ای مطلوب، و همچنین دسترسی به آب و برق، انتخاب شده است، تأسیسات 180-هکتاری وسیعی قرار دارد که راکتور آزمایشی هسته‌ای بین‌المللی (ITER) را در خود جای داده است.

نیروگاه های سنتی گرمای حاصل از احتراق سوخت های فسیلی یا شکافت هسته ای را به بخار تبدیل می کنند که سپس برای چرخاندن توربین هایی که انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کنند، استفاده می شود. هر دوی این روش ها، در حالی که منابع قابل اعتماد انرژی هستند، از طریق انتشار گازهای گلخانه ای یا زباله های رادیواکتیو اثرات زیست محیطی دارند.

اما اگر راهی برای تولید این گرما بدون محصولات جانبی مضر وجود داشت، چه؟ این رویای قدرت همجوشی است، آزمایشی در حال انجام برای تولید مقادیر زیادی انرژی از طریق همجوشی اتمی.

همانند فرآیندهایی که خورشید ما را تامین می کند، همجوشی زمانی رخ می دهد که دو اتم هیدروژن با هم برخورد کرده و به یک اتم هلیوم تبدیل شوند. این بدون تولید محصولات شکافت رادیواکتیو، مقادیر زیادی انرژی تولید می کند.

ایجاد این فرآیند یک چالش مهندسی جدی را به همراه دارد، زیرا واکنش‌ها باید دقیقاً در فضایی که مقادیر زیادی انرژی در آن تولید می‌شود، کنترل شوند.

قدرت یک ستاره در قفس فولادی

در تاسیسات ITER، ساخت بزرگترین راکتور توکاماک جهان در حال انجام است. در قلب این ماشین آزمایشی که بر اساس مدل شوروی ساخته شده در دهه 60 ساخته شده است، یک اتاقک خلاء چنبره شکل قرار دارد.

با وزن 5200 تن و با حجم 1400 متر مکعب، محفظه خلاء تا حد زیادی بزرگترین محفظه در نوع خود است، که کنترل واکنش های مورد نیاز برای تولید نیروی همجوشی قابل دوام را برای فیزیکدانانی که آن را اداره می کنند آسان تر می کند.

آزمایش‌های ITER در داخل این مخزن خلاء ساخته شده از فولاد، که حاوی واکنش‌های همجوشی است و به‌صورت هرمتیکی مهر و موم شده است، انجام می‌شود و به عنوان مانع اولیه ایمنی عمل می‌کند. در اینجا سوخت هیدروژن در معرض گرما و فشار بسیار زیاد قرار می گیرد و آن را به گاز داغ و دارای بار الکتریکی معروف به پلاسما تبدیل می کند.

این محیط خلاء محافظت از تشعشع را فراهم می کند و از پایداری پلاسما پشتیبانی می کند، در حالی که سیستم های آب خنک کننده که بین دیواره های فولادی دوگانه آن به گردش در می آیند به طور ایمن گرمای تولید شده را در حین فعال بودن راکتور حذف می کنند. این امر بسیار مهم است زیرا دمای بین 150 تا 300 میلیون درجه برای همجوشی مورد نیاز است.

قدرت میدان های مغناطیسی

شکل دونات داخلی اجازه می دهد تا ذرات پلاسمای داخل به طور مداوم بدون تماس با دیوارها حلقه بزنند. این پلاسمای فوق داغ توسط میدان های مغناطیسی تولید شده توسط 10،{1}} تن آهنرباهای ابررسانا در راکتور توکامک کنترل و کنترل می شود.

ITER که قادر به تولید میدان‌های قوی‌تر از آهن‌رباهای معمولی در دمای -269 درجه است، از «ابررساناهای با کارایی بالا و خنک‌شده داخلی» استفاده می‌کند که در آن رشته‌های ابررسانا در کنار هم قرار می‌گیرند و در یک پوشش فولادی ساختاری قرار می‌گیرند.

این وسیله برای تولید میدان‌های مغناطیسی نیز ارزان‌تر و مصرف انرژی کمتری نسبت به گزینه‌های جایگزین دارد، و آن را به تنها گزینه مناسب برای سیستم‌های مغناطیسی عظیم مورد نیاز برای پشتیبانی از نیروی همجوشی تبدیل می‌کند.

مخزن خلاء و سیستم آهنربای ابررسانای آن همگی در داخل کرایوستات ITER قرار دارند که فضای خلاء با دمای بسیار پایین را فراهم می‌کند. این اتاقک با 16،{2}} متر مربع، بزرگترین محفظه فشار خلاء بالا فولاد ضد زنگ است که تا کنون ساخته شده است.

اختلاف دمای شدید موجود در راکتور، فولاد ضد زنگ را به یک انتخاب ایده آل تبدیل می کند. قابلیت حفظ عملکرد در دماهای بالا و پایین، انعطاف پذیری و چقرمگی بالای فولاد آن را به بخشی غیر قابل تعویض از ITER تبدیل می کند.

با توجه به اینکه توکامک تا سال 2025 راه اندازی می شود، فیزیکدانان فیوژن امیدوارند که این یک تغییر دهنده بازی برای تولید انرژی باشد. در حالی که چشم انداز انرژی پاک تقریباً بی حد و حصر فراتر از افق باقی می ماند، واضح است که اگر بخواهیم به همجوشی تجاری دست یابیم، این قدرت پایدار فولاد است که به ما امکان می دهد آن را مهار کنیم.