مهار دمای جهنمی ۲۰۰ میلیون درجه در ژاپن؛ خورشید به زمین آمد

ژاپن راکتور هسته‌ای جدید خود به نام JT-۶۰SA را با موفقیت فعال کرده است که در آن از آهن‌رباهای ابررسانا برای محصور کردن پلاسمای داغ در محفظه‌ای به شکل یک دونات استفاده می‌شود.

این راکتور، بزرگترین و پیشرفته‌ترین راکتور در جهان است که با هدف مطالعه فیزیک انرژی همجوشی و حمایت از پروژه «راکتور آزمایشی حرارتی هسته‌ای بین‌المللی» به اختصار ITER در فرانسه ساخته شده و فعالیت می‌کند. اولین پلاسما پس از بیش از ۱۵ سال ساخت و آزمایش در روز ۲۶ اکتبر ۲۰۲۳ به دست آمد.

پلاسما (Plasma) یکی از چهار حالت اصلی ماده است. سه حالت دیگر شامل جامد، مایع، گاز می‌شود. پلاسما گاز شبه‌خنثی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود نشان می‌دهند.

سام دیویس Sam Davis، مدیر پروژه در سازمان «همجوشی برای انرژی»(Fusion for Energy) می‌گوید: این به دنیا ثابت می‌کند که این دستگاه عملکرد اصلی خود را انجام می‌دهد.

این سازمان متعلق به اتحادیه اروپا بوده و با موسسه ملی علوم و فناوری کوانتومی ژاپن(QST) بر روی JT-۶۰SA و برنامه‌های مرتبط همکاری می‌کند.

راکتور JT-۶۰SA چیست؟

این راکتور طوری طراحی شده است که پلاسما را تا ۲۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند و آن را برای حدود ۱۰۰ ثانیه حفظ می‌کند که بسیار بیشتر از توکامک‌های بزرگ قبلی است. توکامک نام نوعی دستگاه است که در آن محصورسازی مغناطیسی انجام می‌شود.

این به محققان اجازه می دهد تا نحوه کنترل و بهینه‌سازی پایداری و عملکرد پلاسما را که برای دستیابی به قدرت همجوشی بسیار مهم هستند، بررسی کنند.

راکتور JT-۶۰SA همچنین به ITER که راکتور همجوشی بین‌المللی غول‌پیکری است که در فرانسه ساخته می‌شود، کمک می‌کند تا نشان دهد همجوشی می‌تواند بیش از مصرف، انرژی تولید کند. این راکتور بر فناوری‌ها و دانش عملیاتی تکیه خواهد کرد که JT-۶۰SA آنها را آزمایش و اعتبار سنجی خواهد کرد.

به عنوان یک مصالحه برای اجازه دادن به فرانسه برای میزبانی ITER به عنوان بزرگترین آزمایش همجوشی جهان، ژاپن فرصت ساخت JT-۶۰SA و دو تاسیسات همجوشی کوچک‌تر دیگر را دریافت کرد.

این بخشی از توافقنامه سال ۲۰۰۷ بین ژاپن و اتحادیه اروپا بود که شامل ارتقاء راکتور قدیمی JT-۶۰ ژاپن نیز می‌شد که از اواسط دهه ۱۹۸۰ فعالیت می‌کند. این راکتور به طور کامل از ابتدا بازسازی شد، اما هزینه بازسازی آن فاش نشد.

JT-۶۰SA تقریبا نصف ارتفاع ITER را دارد. این راکتور می‌تواند ۱۳۵ متر مکعب پلاسما را در خود جای دهد که یک ششم آن چیزی است که ITER می‌تواند در خود جا دهد.

به گفته آلبرتو لوارته(Alberto Loarte)، سرپرست بخش علمی ITER، انتظار می‌رود پلاسماهای آن اطلاعات مفیدی را برای ITER فراهم کنند.

تاخیرها و استفاده از ایزوتوپ نادر دوتریوم

براساس گزارش‌ها، تکمیل این راکتور بیش از ۱۵ سال طول کشید که بسیار بیشتر از حد انتظار بود.

قرار بود این راکتور ژاپنی در سال ۲۰۱۶ شروع به کار کند اما با چالش‌های زیادی مواجه شد. باید بازطراحی می‌شد، به مسائل مربوط به تدارکات آن رسیدگی می‌شد و پس از زلزله توهوکو در ماه مارس سال ۲۰۱۱ بهبود می‌یافت.

سپس، در ماه مارس سال ۲۰۲۱، یک مشکل جدی در طول آزمایش رخ داد. یکی از سیم‌پیچ‌های مغناطیسی ابررسانا دارای اتصال کوتاه در کابل خود بود که به اتصالات الکتریکی آسیب رساند و باعث نشت هلیوم شد که می‌توانست بر سیستم‌های خنک‌کننده تاثیر بگذارد.

جریان در مدار در آن زمان کم بود. هیروشی شیرای(Hiroshi Shirai)، که پروژه برای QST را رهبری می‌کند، می‌گوید: اگر جریان بیشتر بود، می‌توانست خیلی بدتر باشد. ما خوش شانس بودیم.

تیم JT-۶۰SA مجبور شدند عایق را در بیش از ۱۰۰ اتصال الکتریکی تعمیر کند که این کار ۲.۵ سال طول کشید. این حادثه همچنین مهندسان ITER را در مورد آزمایش سیم‌پیچ‌هایشان محتاط‌تر کرد. این حادثه در حالی رخ داد که کم‌ترین جریان در مدار وجود داشت.

راکتور JT-۶۰SA یک اشکال دارد. این راکتور فقط از هیدروژن و ایزوتوپ آن دوتریوم استفاده می‌کند، نه تریتیوم که شکل دیگری از هیدروژن اما قوی‌تر، پرهزینه‌تر، نادرتر و رادیواکتیوتر است. تریتیوم سوخت ترجیحی برای تولید انرژی است، بنابراین ITER قصد دارد از سال ۲۰۳۵ از دوتریوم-تریتیوم استفاده کند.

ژاپن همچنین قصد دارد تا سال ۲۰۵۰ دمو(DEMO) را بسازد که یک نیروگاه پیشنهادی برای پر کردن شکاف بین تحقیقات JT-۶۰SA و ITER و تجاری‌سازی انرژی همجوشی است.

شیرای گفت که خوشحال است که می‌بیند رویکردهای دیگری برای انرژی همجوشی با حمایت مالی خصوصی وارد این حوزه می‌شوند. او گفت که حاضر است با کسانی که ایده‌های جدیدی دارند کار کند و افزود: این عالی است که افراد بیشتری در این حوزه حضور داشته باشند.

منبع: ایسنا