نزدیکی به انرژی حاصل از همجوشی هسته ای

مدت‌ها پیش، آزمایشی در آزمایشگاه کالیفرنیا انجام شد که انرژی آزاد شده از آن بسیار بیشتر از مقدار سوختی بود که برای انجام واکنش صرف شده بود. وقتی که واکنش، خودنکه‌دار (1) شد، ما یک قدم به افروزش (2) نزدیک شدیم.
محققان پروژه‌ی سهولت افروزش ملی (NIF)(3) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (4) در کالیفرنیا به پیش‌رفت بزرگی در راستای انجام همجوشی هسته‌ای خود نگه‌دار، دست یافته‌اند.
NIF پر انرژی‌ترین لیزر جهان را در اختیار دارد – ترکیبی که مرکب از 192 لیزر است و همه‌ی این لیزرها بر روی یک قرص کوچک از ایزوتوپ‌های هیدورژن، دوتریوم و تریتیوم، متمرکز شده‌اند. این سیستم به این صورت طراحی شده است که فشار وارده از لیزرها باعث کمپرس شدن این قرص سوخت (درون یک سیلندر به اندازه‌ی یک سکه‌ی ده سنتی به نام هولرام (5)) می‌شود، و کمپرس شدن آن قدر ادامه پیدا می‌کند تا اینکه دوتریوم و تریتیوم در کنار یک‌دیگر دچار همجوشی شوند و ترکیب هسته‌ای آن‌ها اتفاق بیفتد. این امر باعث آزاد شدن مقدار بسیار زیادی انرژی می‌گردد. این فرایند مشابه اتفاقاتی است که درون یک ستاره می‌افتد، و تولید انرژی در آن مشابه انرژی خورشیدی است که هم دوام زیادی دارد و هم خود نگه‌دار می‌باشد، منتهی در زمین انجام می‌شود و می‌تواند یک منبع انرژی عظیم و ارزان قیمت باشد.
ده‌ها سال است که دانشمندان سعی دارند در آزمایشگاه با استفاده از ترکیب هسته‌ای، انرژی تولید کنند، اما ساختن چنین سیستمی که بیش از مقدار سوخت مصرفی، انرژی تولید کند، تا به امروز غیر ممکن بوده است. اما گزارش‌ها حاکی از آن است که اکنون، NIF توانسته است آزمایشی انجام دهد که در آن میزان انرژی تولید شده در واکنش ترکیب هسته‌ای در هولرام بیش از مقدار انرژی‌ای است که به عنوان سوخت به قرص وارد می‌شود. این موفقیت در ابتدا در بی‌بی‌سی گزارش شد، و سپس یک منبع مطلع از دانش آزمایش، نتایج حاصل از این آزمایش را در مجله‌ی Popular Science تایید نمود.

چگونگی کارکرد NIF

زمانی که واکنش به همان اندازه‌ای که به کل سیستم انرژی وارد می‌شود، انرژی آزاد کند، هنوز یک قدم تا افروزش فاصله داریم، و دلیل آن این است که سیستم به طور کامل کارآمد نیست و بخشی از انرژی لیزر به قرص نمی‌رسد. با این وجود، این که برای اولین بار در جهان، دانشمندان در زمینه‌ی واکنش انرژی ترکیب هسته‌ای، توانسته‌اند به این سطح (حتی پایین) از کارایی برسند، پیشرفت بسیار مهمی محسوب می‌شود.
زمانی که NIF کار خود را در سال 2009 آغاز کرد، آزمایشگاه تعهد کرد که تا سپتامبر سال 2012 به افروزش دست پیدا می‌کند، البته واضح بود که در این مدت نمی‌توانند به این هدف برسند. از آن جا که محققانی که در این زمینه کار می‌کردند نمی‌توانستند زمان قطعی دست یابی به افروزش را پیش‌بینی کنند، و نیز به اشتباهات کارشان هم واقف نبودند، هزینه‌ی دولتی‌ای که برای NIF مصرف می‌شد به مسئله‌ی بغرنجی تبدیل شد. بودجه‌ی پیشنهادی که در سال مالی 2014 برای NIF در نظر گرفته شد، 60 میلیون دلار از هزینه‌های آزمایشگاه را تأمین می‌کرد. سناتور دایان فاینشتین (6)، یکی از اعضای کمیته‌ی تخصیص بودجه‌ی مجلس سنا، در ماه می اظهار داشت: «در حال حاضر پیش‌بینی این‌که چه زمان به افروزش دست خواهیم یافت غیرممکن است و اکنون بهترین فرصت برای تعیین مجدد اهداف این برنامه می‌باشد.» به عبارت دیگر، دولت نمی‌خواهد میلیاردها دلار پول خود را برای رؤیای لوله‌های پر انرژی، هزینه کند.
اما به نظر می‌رسید که NIF توانسته است حداقل برخی از موانع موجود بر سر آزاد شدن انرژی از سیستم را از سر راه بردارد. هنوز نمی‌دانیم که آن‌ها چگونه توانسته‌اند به این هدف بزرگ برسند، با این حال یک مقاله‌ی مروری در «فیزیک پلاسما» که تابستان امسال به صورت آنلاین منتشر شد برخی از عواملی را که سبب کسب نتیجه به وسیله‌ی NIF گردید شرح داد. جان ادواردز (7)، دستیار مدیر برنامه‌ی علم ترکیب هسته‌ای محدود غیر فعال (8) و چگالی پرانرژی (HED) (9) و سرپرست نویسندگان این مطالعه، در یک اعلامیه‌ی مطبوعاتی اظهار داشت که «NIF بسیاری از مواردی را که برای دست‌یابی به افروزش مورد نیاز است در اختیار دارد - از جمله شدت مناسب پرتوی ایکس در هولرام، انتقال انرژی به هدف به صورت دقیق و کمپرس کردن به میزان دل‌خواه- اما اقلاً یک مانع بسیار بزرگ دیگر بر سر راه باقی مانده است و آن متلاشی شدن نابه‌هنگام کپسول می‌باشد.»

پی‌نوشت‌ها:

1. se.lf-sustaining
2. ignition
3. National Ignition Facility
4. Lawrence Livermore
5. hohlraum
6. Diane Feinstein
7. John Edwards
8. inertial confinement fusion
9. high energy density