راکتور همجوشی جدید دانشگاه MIT

ويکي پي‌جي/ در سال هاي اخير هميشه از انرژي همجوشي هسته اي صحبت شده اما هيچ گاه امکان استفاده از آن فراهم نشده است. اما MIT در تلاش است تا با طراحي جديد راکتور همجوشي توکوماک فشرده که بر مبناي جديد ترين تکنولوژي ابررساناي مغناطيسي موجود در بازار قرار دارد، اين شرايط را تغيير دهد. طراحي راکتور ARC (که از حروف اول کلمات قابل تهيه (affordable)، قوي (robust) و فشرده (compact) ايجاد شده است.) نويد توليد راکتورهاي کوچکتر و ارزانتر را مي دهد که مي تواند در 10 سال آينده استفاده از انرژي همجوشي را ممکن کند. دست يابي به راکتور همجوشي تجاري از دهه 1950 آرزويي دست نيافتي در زمينه مهندسي بوده است و اين پتانسيل را دارد که جايگزين تمام منابع انرژي شود. اگر استفاده از اين انرژي محقق شود مي تواند منبع بي پاياني براي انرژي باشد که بر تمام زمينه هاي زندگي بشر از محيط زيست تا سياست اثر گذار خواهد بود. اما مشکل کاربردي کردن اين انرژي است. به طور ساده همجوشي قرار دادن دو اتم هيدروژن تحت و فشار بالا به گونه اي است که در اثر همجوشي يک اتم هليوم ايجاد شود که اين رويداد مقادير انرژي فوق العاده بزرگي را آزاد مي کند. خورشيد ما از اين روش استفاده مي کند اما ايجاد شرايطي مانند خورشيد در سطح زمين بسيار دشوار است. طراحي هاي مختلفي از راکتورهاي همجوشي وجود دارد اما يکي از اميدوار کننده ترين آن ها راکتور تاکوماک است که از يک مخزن توخالي فلزي به شکل دونات که پيچيده شده و به شدکل عدد 8 در آمده ساخته شده است. درون مخزن خلا است و ايزوتوب هاي هيدروژن، دوتريوم و تريتيوم بهدرون آن فرستاده مي شوند. اين مود تا دماي داخل خورشيد گرم مي شوند تا پلاسما ايجاد شود . اين پلاسما درون ميدان مغناطيسي قوي قرار دارد و به وسيله آن فشرده مس شود. کويل هاي مغناطيسي که اين ميدان هاي مغناطيسي را ايجاد مي کنند، کليد اين فرآيند و بزرگترين تنگناي اين فرآيند هستند. کنسرسيوم بين المللي متشکل از دانشمنداني از اتحاديه اروپا، هند، ژاپن، چين، روسيه، کره جنوبي و ايالات متحده آمريکا در تلاشند تا قدرتمندي ترين راکتور هم جوشي بر مبناي توکوماک را بسازند. اين کار بر مبناي راکتور آزمايشي ترموهسته اي بين المللي (ITER) در 1985 بنا شده است و 40 ميليون دلار آمريکا ارزش دارد اما تا سال 2027 به بهره برداري کامل نمي رسد. حتي در آن زمان نيز کاربرد اين راکتور کاملا آزمايشي خواهد بود. راکتور ARC دانشگاه MIT نمونه اي است از اينکه چگونه يک تغيير کوچک مي تواند طراحي يک سيستم را به طور کلي تغيير دهد. راکتور جديد از ابررساناي جديدي استفاده مي کند که از نوارهاي اکسيد مس باريم (REBCO) ساخته شده است و مي تواند کويل هايي با ميدان مغناطيسي قوي ايجاد کند. ميدان هاي مغناطيسي قوي تر که به وسيله اين کويل ها ايجاد شده است عملکرد بهتري در فشرده کردن پلاسماي داغ دارد و بنابراين راکتور مي تواند کوچک تر و ارزان تر شود و زمان کمتري براي ساخت آن نياز است. از نظر فيزيکي اصول کار ARC و ITER يکي است اما تيم پژوهشي راکتور ARC از آن به عنوان نمونه اي آزمايشي براي نيروگاهي با توانايي توليد مقدار زيادي انرژي نام برده اند. بر طبق گفته هاي دانشگاه MIT معادلاتي که بر طراحي راکتور حاکم هستند نشان مي دهد که انرژي خروجي با توان چهارم افزايش ميدان مغناطيسي افزايش مي يابد. به بيان ديگر با دو برابر کردن ميدان مغناطيسي انرژي خروجي 16 برابر خواهد شد. ابررساناهاي جديد دانشگاه MIT ميدان مغناطيسي 10 برابر ميدان مغناطيسي ابررساناهاي استاندارد توليد مي کنند و به همين دليل اثر زيادي در عملکرد راکتور دارند. قطر بزرگ راکتور ARC برابر 3.3 متر و قطر کوچک آن برابر با 1.1 متر و توان آن 500 مگا وات است. ابعاد اين راکتور نصف راکتور ITER است اما همان قدرت خروجي را ايجاد مي کند. هم چنين آهنرباهاي ابررسانا توان خروجي ثابتي دارد در حاليکه راکتورهاي آزمايشي به دليل گرم شدن کويل هاي مسي تنها مي توانند چند ثانيه فعاليت داشته باشند. پژوهشگران معتقدند که اين طراحي مي تواند سه برابر انرژي مورد نياز براي روشن نگه داشتن اين راکتور است اما اميدوارند که بتوانند اين عدد را به 5 يا 6 نيز برسانند. تيم ARC معتقد است که اين راکتور مي تواند در طول 5 سال ساخته شود و الکتريسيته مورد نياز 100,000 را تامين کند.