يکي از آرزوهاي ديرباز بشر دستيابي به منبعي از انرژي بوده است که علاوه بر امکان استفاده درازمدت، توليد پسماندهاي خطرناک نکند. اکنون در هزاره سوم ميلادي اين آرزوي به ظاهر دست نيافتني کم کم به واقعيت مي پيوندد.
در اين راستا دانشمندان ايراني همگام با دانشمندان جهاني براي دست يافتن به انرژي بسيار زياد از سوختي پاک و ارزان به نام هيدروژن مشغول تحقيقات مستمري هستند. براي آشنايي بيشتر با اين نوع انرژي که به انرژي «گلافت يا همجوشي» معروف است به سراغ دکتر منيژه رهبر، عضو هيئت علمي دانشگاه تهران و انجمن فيزيک ايران، رفته و با وي گفتگويي انجام داده ايم که مشروح آن از نظر شما ميگذرد.
درباره انرژي هستهاي که به صورت گداخت، همجوشي و يا فوژيون استحصال ميشود، بيشتر توضيح دهيد.
به دو طريق ميتوان به انرژي هستهاي دست يافت، يکي از طريق شکاف يافيسيون و ديگري از طريق گداخت يا فوژيون است. در روش شکاف، يک هسته سنگين مثل ايزوتوپي از اورانيوم به دو هسته سبک تر تبديل و طي اين فرآيند مقداري از جرم تبديل به انرژي ميشود در راکتورهاي هستهاي کنوني از اين انرژي استفاده ميشود. راه ديگر توليد انرژي هستهاي، جوش خوردن هستههاي سبک به هم و تشکيل هسته سنگينتر است که در اين فرآيند نيز مقداري از جرم به انرژي تبديل مي شود.
در واکنش همجوشي، 4 اتم هيدروژن راديواکتيو يعني ايزوتوپ دوتريم يا تريتيوم به هم پيوسته و يک اتم سنگين تر به نام هليوم و مقدار بسيار زيادي انرژي پديد ميآورد.
ايده استفاده از انرژي هستهاي از طريق فوژيون چگونه شکل گرفت؟
همان طور که اشاره شد، انرژي موجود در جهان هستي از طريق فوژيون به دست ميآيد» به عنوان مثال هر لحظه در ستارگان و خورشيد اين واکنش صورت ميگيرد و توليد انرژي مي کند تا زماني که ستاره به پايان عمر خود برسد. البته سال هاست که دانشمندان به منبع اصلي انرژي خورشيد پي بردهاند.
در خورشيد و اجرام مانند آن واکنشهاي گداخت در دماهاي بسيار بالا شکل مي گيرد و فشارهاي عظيم نيروي جاذبه در هسته خورشيد موجب وقوع چنين پديدهاي در درجه حرارتي معادل 100 ميليون درجه کلوين مي شود.
بايد اضافه کنيم که در هر ثانيه درخورشيد 700 ميليون تن هيدروژن به هليوم تبديل و در جريان اين واکنش 4 ميليون تن از جرم خورشيد نيز به انرژي تبديل ميشود.
بمب هيدروژني که حاصل همان پديده گداخت است قبلا ساخته و آزمايش شده است با اين وجود انسان هنوز نتوانسته است از اين انرژي بهرهبرداري صلح آميز کند، علت چيست؟
بمب هيدروژني در سال 1952 با موفقيت آزمايش شد، استفاده تخريبي از اين انرژي آسان است ولي در بهرهبرداري مداوم و کنترل شده از آن، هوز با مشکلات فني بسياري روبرو هستيم.
طي اين فرآيند، هسته ذرات براي اينکه به هم جوش بخورند، بايد تا حدي به يکديگر نزديک شوند که توسط نيروي کشش قوي هستهاي به هم بپيوندند، اما از سوي ديگر به دليل وجود بارالکتريکي يکسان و در نتيجه نيروي دافعه شديد بين آنها، سد کلوني ايجاد مي شود که مانع نزديک شدن هسته ها به يکديگر و همجوشي آنها مي شود.براي دستيابي به اين هدف بايد انرژي جنبشي ذرات را بسيار بالا برد و تحقق اين مهم نيازمند افزايش قابل توجه دما تا حدود 100 ميليون درجه کلوين است هيچ ماده اي روي زمين نمي تواند تماس مستقيم با چنين حرارتي را تحمل کند.
با توجه به مشکلات مذکور عمل همجوشي به چه صورت انجام پذير است و چند نوع راکتور همجوشي وجود دارد؟
براي پاسخ به اين سوال بايد راجع به عملکرد دو نوع راکتور فوژيون به نامهاي کامک و اسفرومک توضيحاتي بدهيم.
دانشمندان براي دستيابي به انرژي گداخت، ايزوتوپهاي هيدروژن را به صورت گاز فوق العاده داغ باردار يا همان پلاسما در ميآورند.
و اين پلاسما را داخل اتاقکي حلقوي که با خطوط و سيم پيچ هاي مغناطيسي محصور شده است، نگاه مي دارند، به اين اتاقک حلقوي «توکامک» ميگوييم.
توکامک از يک پوسته فلزي بسيار گرانبها ساخته شده است که نوترونهاي ساطع شده از پلاسما را جذب ميکند.
اين امر سب خوردگي سطح توکامک ميشود و تعويض آن هزينه زيادي ميطلبد. بنابراين در توکامک، خطوط ميدان مغناطيسي بايد بسته بمانند تا حتي الامکان نوترون از آنها نشست نکند ليکن حفظ پايداري اين خطوط به عنوان يک ظرف کار مشکلي است.
اما در نوع ديگر راکتور که حالت کروي دارد و اسفرومک ناميده ميشود، از باريکههاي ليزژ پرتوان براي همجوشي استفاده مي شود. بر اثر تابش اين باريکه ها چگالي لازم براي انجام عمل گداخت فراهم ميشود. با اين حال هنوز در هيچ کدام از موارد فوق نتوانستهايم براي مدت زمان طولاني توليد انرژي داشته باشيم.
راکتور گداختي که قرار است با همکاري چند کشور در فرانسه ايجاد شود از کدام نوع است؟
برپايه اين پروژه 10 ميليارد يورويي قرار است بزرگ ترين توکامک جهان در فرانسه ساخته شود. از سال 2007 مراحل اجرايي آن آغاز ميشود اما احتمالا" تا قبل از سال 2020 استفاده تجارتي از اين انرژي امکان پذير نخواهد بود.
آيا دانشمندان کشور ما هم از توکامک استفاده ميکنند؟
بله ما هم در سطح آزمايشگاهي بر روي عمل فوژيون کار ميکنيم و در سازمان انرژي اتمي هم توکامک کوچکي براي اين منظور وجود دارد در مقياس آزمايشگاهي هم توانستهايم ايزوتوپهاي هيدروژن را به هم پيوند دهيم و از آن ها انرژي به دست آوريم ولي از آنجا که انرژي صرف شده براي دستگاه شتاب دهنده، بسيار بيشتر از انرژي به دست آمده از واکنش است بنابراين هنوز نياز به کار و تحقيق بسياري در اين زمينه داريم. (شتاب دهندهها دستگاههايي هستند که شتاب ذرات را تا حدي افزايش ميدهند که سرعت آنها به سرعت نور نزديک ميشود و در نتيجه انجام عمل برخورد و همجوشي تسهيل ميشود.
راجع به مزاياي انرژي حاصل از همجوشي نسبت به انرژي حاصل از شکافت توضيح دهيد.
اولا اين واکنش غير آلاينده است و پسماند حاصله يعني «هليم» گازي پاک به شمار ميرود. از سوي ديگر انرژي آزاد شده از اين طريق بسيار بيشتر است به طوري که انرژي گداخت يک کيلوگرم هيدروژن، حدود 8 برابر انرژي شکافت يک کيلوگرم اورانيوم است و مهم تر اين که بهترين سوخت براي فوژيون، شامل دو ايزوتوپ مختلف از هيدروژن يعني دوتريم و تريتيوم است که به وفور در طبيعت يافت ميشود.
دو تريم را مي توان از آب استخراج کرد و تريتيوم را ميتوان از ليتيوم که به فراواني در پوسته زمين وجود دارد، توليد کرد. در واقع از فرآيند همجوشي به عنوان يک منبع پاک، غيرآلاينده و تقريبا بي پايان براي تامين انرژي در آينده ياد ميشود.
واکنش همجوشي غير آلاينده است و پسماند حاصله يعني هليم گازي پاک به شمار ميرود. ضمن اينکه انرژي آزاد شده از اين طريق بسيار بيشتر از واکنش شکافت است به طوري که انرژي گداخت يک کيلوگرم هيدروژن ،حدود 8 برابر انرژي شکافت يک کيلوگرم اورانيوم است.
[External Link Removed for Guests]