انقلابی در انرژی هم‌جوشی هسته‌ای

مجله علمي ايلياد/ گروهي از محققان برنامه‌اي براي ايجاد نوعي هم‌جوشي هسته‌اي تدارک ديده‌اند که انرژي توليد مي‌کند. پيشنهاد اين عده از محققان با ساير پروژه‌هاي هم‌جوشي‌اي که در جهان وجود داشته است، فرق مي‌کند. اگر کارهاي اين گروه درست باشد، هرچند عجيب است، اما «راکتور کروي هيدروژن-بورون» مي‌تواند قبل از اينکه پروژه‌هاي هم‌جوشي مرسوم به پايان برسند، به شکلي مفيد ساخته شود. چه رازي در پشت اين طرح راکتور جديد وجود دارد؟ اين راکتور بر عناصر کاملاً متفاوت متکي است و از روش‌هاي مختلفي براي گرمايش هسته‌اش استفاده مي‌کند. حجم بالايي از انرژي در درون اتم‌ها محبوس شده است. قسمت اعظمي از آن انرژي، نيروهايي را که اتم‌ها را کنار هم‌ديگر نگه مي‌دارد را تشکيل مي‌دهد. فيزيکدانان از قرن پيش مي‌دانند که امکان دسترسي به آن انرژي با تقسيم پيوندهاي موجود در آن وجود دارد. واکنش شکافت اتمي براي نابودي شهرهاي هيروشيما و ناکازاکي و همچنين تامين نيروي راکتورهاي هسته‌اي در سراسر جهان به‌کار گرفته شده است. اما يافته‌ها نشان مي‌دهد که واکنش معکوس حتي قوي‌تر هم است. اگرچه راکتورهاي شکافت، معمولاً اتم‌هاي خيلي بزرگ مثل اورانيوم و پلوتونيوم را تقسيم مي‌کنند، اما راکتورهاي هم‌جوشي در راستاي برخورد دادن اتم‌هاي خيلي سبک، تلاش مي‌کنند. آن هسته‌ها ايزوتوپ‌هاي سنگين هيدروژن هستند، مثل دوتريوم و تريتيوم؛ يعني نوترون‌هاي اضافي دارند. آن‌ها براي تشکيل هليوم به هم‌جوشي با يکديگر مي‌پردازند و حجم عظيمي از انرژي را در طول فرآيند آزاد مي‌کنند. بزرگترين سلاح‌هاي شناخته شده در جهان، بمب‌هاي هم‌جوشي يا همان بمب‌هاي هيدروژني هستند که دوتريوم و تريتيوم را براي ايجاد انفجارهاي عظيم به يکديگر برخورد مي‌دهند. با اين حال، هيچ راکتور هم‌جوشي مفيدي وجود ندارد. هر نوع مدلي که ساخته شده است، از انرژي بالايي استفاده کرده و پلاسماي داغِ لازم براي واکنش هم‌جوشي را پايدار مي‌سازد. هنوز محققان زيادي بر اين باور هستند که به محض دستيابي به هم‌جوشي هسته‌اي مثبت، منبعي از انرژي نامحدود براي انسان ارزاني خواهد داشت و اثرات بسيار چشم‌گيري در اقتصاد انرژي جهاني پديد خواهد آمد. راکتور هيدروژن-بورون جديد به دليل ساده‌اي مي‌تواند تحولي عظيم ايجاد کند؛ بازده. راکتور دوتريوم-تريتيوم، با دو چالش براي توليد برق روبرو است. وقتي اتم‌ها نوترون‌هاي خود را در طول واکنش از دست مي‌دهند، قسمت زيادي از انرژي تلف مي‌شود و انرژي باقي مانده نمي‌تواند به‌طور مستقيم به برق تبديل شود. در عوض، از آن براي گرمايش آب استفاده مي‌شود که توربين را به چرخش در مي‌آورد و توربين برق توليد مي‌کند. از اين رو، قسمت زيادي از انرژي موجود در واکنش نمي‌تواند به‌طور کارآمدي به برق قابل استفاده تبديل شود. اما در مطالعه‌ي جديد که در دوازدهم دسامبر ۲۰۱۷ در مجله‌ي Laser and Particle Beams منتشر شد، «هنريش هورا» فيزيکدان دانشگاه نيو‌ساوئث ولز استراليا و همکارانش اظهار داشتند که مي‌توانند با استفاده از واکنش هم‌جوشي کاملاً متفاوت اين چالش‌ها را از سر راه بردارند. اگر هيدروژن-۰ که پروتون بدون نوترون يا الکترون است و بورون-۱۱ که نسخه‌اي از بورون با شش نوترون است را هم‌جوشي کنيد، تا سه هسته هليوم-۴ به‌دست آيد که هر کدام دو پروتون و دو نوترون دارد، هيچ نوتروني هدر نمي‌رود. اتم‌ها بدون از دست دادن ذرات هسته‌شان، به خوبي ترکيب مي‌شوند. براساس پيشنهاد هورا، در راکتور نيز انرژي پلاسما مي‌تواند به‌طور مستقيم به برق تبديل شود؛ حتي بدون گرمايش آب در مسير، زيرا انرژي هم‌جوشي در قالب جرياني از ذرات باردار الکتريکي آزاد مي‌شود و اين مي‌تواند به راحتي به جرياني در سيم تبديل گردد. برخلاف راکتورهاي دوتريوم-تريتيوم که پلاسماي ابرداغ را با استفاده از آهنرباهاي درون محفظه‌هاي دونات‌مانند، در جاي خود نگه مي‌دارد، راکتور هيدروژن-بورون کروي هورا از ليزر براي تحريک و پايدارسازي واکنش استفاده مي‌کند. هورا گفت: «اين ليزرها حياتي هستند. آن‌ها انرژي بسيار کمتري را هم براي گرمايش اتم‌هاي موجود در پلاسما هدر مي‌دهند و براي نگه داشتن اتم‌ها در کنار يکديگر از انرژي کمتري استفاده مي‌کنند.»