افزایش بهره وری همجوشی هسته ای با یک روش جدید

محققان دانشگاه روچستر در آمریکا روش جدیدی ابداع کرده اند که ساخت پلت های سوخت را برای راکتورهای همجوشی هسته ای ساده می کند و می تواند به تولید انبوه انرژی از همجوشی هسته ای کمک کند.

به گزارش تکناک، همجوشی هسته ای مدت هاست که به عنوان راهی پاک و ایمن برای تامین نیازهای انرژی ما مورد تحسین قرار گرفته است. دانشمندان چندین روش را برای انجام این کار آزمایش کرده اند و در دسامبر 2022 اولین واکنش احتراق همجوشی را با استفاده از 192 پرتوی لیزرهای با انرژی بالا آغاز کردند.

این دستاورد ها می توانند به عنوان نقطه عطف مهم در نظر گرفته شوند، با این حال ما هنوز باید بفهمیم که چگونه این فناوری می تواند در مقیاس و سطوح تجاری اجرا شود. یکی از موانع مهم در این مسیر نحوه تهیه سوخت همجوشی هسته ای است.

رویکرد مرسوم

برای ایجاد سوخت برای راکتورهای همجوشی، ایزوتوپ‌های هیدروژن، یعنی دوتریوم و تریتیوم، در یک پوسته کروی جامد منجمد می‌شوند. از آنجایی که ایزوتوپ ها در حالت طبیعی خود گازی هستند، دانشمندان از دمای بسیار پایین استفاده می کنند تا آنها را به حالت جامد برسانند تا بتوانند لایه لایه شوند.

پوسته سپس با لیزر بمباران می شود تا آن را در معرض دما و فشارهای بسیار بالا قرار دهد، پس از آن فرو می ریزد و سپس مشتعل می شود تا تحت همجوشی قرار گیرد.

در حالی که این روش می‌تواند مقادیر زیادی انرژی آزاد کند، یک نیروگاه مبتنی بر همجوشی همه روزه به میلیون‌ها پوسته از این دست برای تامین برق قابل اطمینان نیاز دارد. رویکرد پوسته منجمد بسیار گران است و از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست.

رویکرد پوسته پویا

محققین ایگور ایگومنشچف و والری گونچاروف در آزمایشگاه انرژی لیزر (LLE) در دانشگاه روچستر رویکرد کاملا متفاوتی را نشان داده اند که می تواند به نیروگاه های انرژی همجوشی اجازه دهد تا پلت های سوخت خود را بسازند.

این رویکرد که شکل گیری پوسته پویا نامیده می شود، از قطرات مایع برای ایجاد اهدافی برای لیزرها استفاده می کند تا هدف قرار دهند و احتراق ایجاد کنند. این مفهوم اولین بار توسط گونچاروف، دانشمند برجسته و استادیار دپارتمان مهندسی مکانیک روچستر، در سال 2020 توصیف شد. با این حال، حتی در آزمایشگاه نیز نشان نداده بود.

در رویکرد تشکیل پوسته پویا، یک قطره مایع از دوتریوم و تریتیوم به یک کپسول فوم تزریق می شود. سپس لیزرها روی تبلت آموزش داده می‌شوند که به پوسته‌ای کروی تبدیل می‌شود. پوسته سپس منفجر می شود و فرو می ریزد و در نتیجه مشتعل میشوند.

از آنجایی که تشکیل پوسته پویا نیازی به لایه‌بندی برودتی ایزوتوپ‌های هیدروژن ندارد، اجرای آن نسبتاً ارزان‌تر است و همچنین می‌توان آن را مقیاس‌بندی کرد.

محققان از لیزر OMEGA در LLE استفاده کردند تا نشان دهند که این می تواند به صورت تجربی به دست آید.

با این حال، آنها از کره ای از فوم پلاستیکی با چگالی مشابه سوخت مایع دوتریوم-تریتیوم به جای ایزوتوپ های هیدروژن برای نمایش خود استفاده کردند.

لیزرهای مورد نیاز به پالس های انرژی طولانی تر و بالاتری نیاز دارند تا پوسته دینامیکی را در یک واکنش همجوشی مشتعل کنند. با این وجود، آزمایش ها نشان می دهد که تشکیل پوسته فعال عملا امکان پذیر است.

ایگومنشچف، دانشمند ارشد LLE، در بیانیه مطبوعاتی گفت: این آزمایش امکان سنجی یک مفهوم ابتکاری مناسب برای تولید انبوه مقرون به صرفه انرژی با استفاده از روش همجوشی هسته ای را نشان داده است.