محققان درگیر در آزمایش آینه نامتقارن ویسکانسینHTS(WHAM) گام مهمی در جهت تحقق قدرت همجوشی پاک و بدون کربن برداشته‌اند.

به گزارش ایسنا، تیم آینه نامتقارن ویسکانسینHTS(WHAM) به رهبری کری فارست استاد فیزیک دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، پلاسما را با استفاده از قوی‌ترین میدان مغناطیسی ثابتی که تاکنون در چنین دستگاهی اعمال شده است، تولید کردند.

این تیم در تاریخ ۱۵ ژوئیه ۲۰۲۴ پلاسمایی با قدرت میدان مغناطیسی ۱۷ تسلا را با استفاده از آهنرباهای ابررسانا با دمای بالا(HTS) تشکیل دادند و آن را حفظ کردند.

این قدرت میدان مغناطیسی بیش از دو برابر قوی‌تر از آنهایی است که در اسکنرهای MRI با وضوح بالا استفاده می‌شوند و رکورد جهانی جدیدی را برای پلاسمای محصور شده مغناطیسی به ثبت رساندند.

فارست با تاکید بر اهمیت توسعه به سمت دستیابی به انرژی همجوشی پایدار توضیح داد: پلاسمای اول اولین گام مهم برای ما در این مسیر است.

دستاورد این تیم نتیجه یک همکاری چهار ساله با حمایت وزارت انرژی ایالات متحده است.

همجوشی هسته‌ای

همجوشی هسته‌ای(Fusion) فرآیندی عکس عمل شکافت هسته‌ای است. در فرآیند همجوشی هسته‌ای هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود.

برای اینکه همجوشی امکان‌پذیر باشد هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامون‌شان فائق آیند. بنابراین دماهای وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق‌العاده بالاست.

در سال ۱۹۵۲ اولین انفجار آزمایشی گرماهسته‌ای باعث آزاد شدن مقدار زیادی انرژی کنترل‌نشده شد. این آزمایش نشان داد که اگر دمای یک گاز متشکل از ذرات باردار(پلاسما) با چگالی بالا تا حد ۵۰ میلیون درجه کلوین افزایش یابد، باعث ایجاد واکنش همجوشی هسته‌ای در گاز یونیده می‌شود. پس از انفجار موفقیت‌آمیز بمب هیدروژنی جستجو برای آزاد کردن کنترل شده انرژی همجوشی شروع شد.

همجوشی هسته‌ای واکنشی کاملاً برعکس شکافت هسته‌ای است که در آن به جای شکافتن اتم‌های بزرگ به اتم‌های کوچک، اتم‌های کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند تا اتم‌های بزرگ به‌ وجود آیند. این واکنش انرژی خیلی زیادی آزاد می‌کند، چرا که طبق نظریه نسبیت خاص اینشتین، قسمتی از ماده این واکنش به انرژی تبدیل می‌شود. واقعیت این است که خارج از نیروگاه‌های همجوشی و در طبیعت، ما هر روز اثر این واکنش را احساس می‌کنیم. همجوشی هسته‌ای همان چیزی است که در مرکز خورشید رخ می‌دهد.

احیای آینه مغناطیسی

مفهوم آینه مغناطیسی، روشی برای محدود کردن ذرات باردار و یک رویکرد پیشرو در انرژی همجوشی در ایالات متحده تا دهه ۱۹۸۰ بود، زمانی که محدودیت‌ها در فناوری موجود مانع از توانایی کنترل پلاسمای محصور به صورت مغناطیسی می‌شد.

آینه‌های مغناطیسی یک «بطری مغناطیسی» برای به دام انداختن پلاسمای پرانرژی ایجاد می‌کنند. آزمایش WHAM به لطف پیشرفت در فناوری ابررسانا به ویژه توسعه آهنرباهای HTS این مفهوم را احیا کرد.

دستگاه WHAM از دو آهنربای قدرتمند در دو انتهای یک محفظه استوانه‌ای استفاده می‌کند. این آهنرباها پلاسما را فشرده می‌کنند و باعث می‌شوند یون‌های هیدروژن به عقب و جلو جهش کنند و احتمال وقوع واکنش‌های همجوشی با برخورد یون‌ها را افزایش دهند.

جی اندرسون دکتر موسس شرکت ریلتا فیوژن(Realta Fusion) و دانشمند دانشگاه ویسکانسین مدیسون گفت: این یک رکورد جهانی در قدرت میدان مغناطیسی برای پلاسمای محصور شده مغناطیسی است و مجهز به سیستم‌های گرمایش شدید است.

هدایت نوآوری

موفقیت این آزمایش WHAM می‌تواند راه را برای سیستم‌های همجوشی فشرده‌تر و بالقوه کم‌هزینه‌تر هموار کند. این آزمایش اکنون به عنوان یک مشارکت عمومی-خصوصی بین دانشگاه ویسکانسین مدیسون و شرکت ریلتا فیوژن، شرکتی که برای تجاری‌سازی همجوشی آینه‌ای تأسیس شده است، عمل می‌کند.

کایران فورلونگ مدیرعامل این شرکت در بیانیه‌ای خاطرنشان کرد: آزمایش کنونی، آینه مغناطیسی فشرده را به مسابقه انرژی همجوشی تجاری بازمی‌گرداند. این یک جهش بزرگ رو به جلو برای مفهومی است که نویدبخش انرژی و گرما با تولید کربن صفر است.

ریلتا فیوژن یکی از هشت شرکتی است که از سوی وزارت انرژی آمریکا انتخاب شده است و هدف آن تسریع توسعه انرژی همجوشی تجاری، مشابه با رویکرد ناسا برای تقویت اکتشاف فضایی خصوصی است.

این شرکت برنامه‌های بلندپروازانه‌ای برای آینده، از جمله توسعه دو رآکتور نمایشی دارد. اولین مورد به نام آنویل(Anvil) بر اساس طراحی WHAM برای ارائه داده‌ها و قابلیت‌های آزمایش مواد بیشتر است و دومی که همر(Hammer) نام دارد، دارای طراحی تکامل یافته با آهنرباهای متعدد است که به طور بالقوه رآکتورهای پایدارتر را با توان خروجی افزایش یافته ارائه می‌دهد.

تیم WHAM اکنون بر روی پرداختن به چالش‌های کلیدی در پایداری پلاسما، محصور کردن و کارایی کلی آن تمرکز خواهد کرد. یافته‌های آنها در تعیین قابلیت همجوشی آینه‌ای مغناطیسی به عنوان یک منبع انرژی عملی بسیار مهم خواهد بود.