بزرگترین راکتور همجوشی جهان ساخته می شود

به گزارش آهن نیوز؛ در اعماق منطقه پروونس فرانسه که به دلیل شرایط زمین‌شناسی، هیدرولوژیکی و لرزه‌ای مساعد و همچنین دسترسی به آب و برق انتخاب شده است، تأسیسات گسترده‌ای به وسعت ۱۸۰ هکتار قرار دارد که راکتور آزمایشی هسته‌ای بین‌المللی (ITER) را در خود جای داده است.

نیروگاه های سنتی گرمای حاصل از احتراق سوخت های فسیلی یا شکافت هسته ای را به بخار تبدیل می کنند که سپس برای چرخاندن توربین هایی که انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کنند، استفاده می شود. 

هر دوی این روش ها، در حالی که منابع قابل اعتماد انرژی هستند، با اثرات زیست محیطی از طریق انتشار گازهای گلخانه ای یا زباله های رادیواکتیو همراه هستند.

اما اگر راهی برای تولید این گرما بدون محصولات جانبی مضر وجود داشت چه؟ این رویای قدرت همجوشی است، آزمایشی در حال انجام برای تولید مقادیر زیادی انرژی از طریق همجوشی اتمی.

همانند فرآیندهایی که خورشید ما را تامین می کند، همجوشی زمانی رخ می دهد که دو اتم هیدروژن با هم برخورد کنند و به یک اتم هلیوم تبدیل شوند. این بدون تولید محصولات شکافت رادیواکتیو، مقادیر زیادی انرژی تولید می کند.

ایجاد این فرآیند یک چالش مهندسی جدی را به همراه دارد، زیرا واکنش‌ها باید دقیقاً در فضایی که مقادیر زیادی انرژی در آن تولید می‌شود، کنترل شوند.

قدرت یک ستاره در قفس فولادی

در تاسیسات ITER، ساخت بزرگترین رآکتور توکاماک جهان در حال انجام است. در قلب این ماشین آزمایشی که بر اساس مدل شوروی توسعه یافته در دهه ۶۰ ساخته شده است، یک اتاق خلاء چنبره شکل قرار دارد.

با وزن ۵۲۰۰ تن و با حجم ۱۴۰۰ مترمکعب، محفظه خلاء تا حد زیادی بزرگ‌ترین محفظه در نوع خود است که کنترل واکنش‌های مورد نیاز برای تولید نیروی همجوشی پایدار را برای فیزیکدانانی که آن را کار می‌کنند آسان‌تر می‌کند.

آزمایش‌های ITER در داخل این مخزن خلاء ساخته شده از فولاد، که حاوی واکنش‌های همجوشی است و به‌صورت هرمتیکی مهر و موم شده است، انجام می‌شود و به عنوان مانع اولیه ایمنی عمل می‌کند. در اینجا سوخت هیدروژن در معرض حرارت و فشار بسیار زیاد قرار می گیرد و آن را به گاز داغ و دارای بار الکتریکی معروف به پلاسما تبدیل می کند.

این محیط خلاء محافظت از تشعشع را فراهم می کند و از پایداری پلاسما پشتیبانی می کند، در حالی که سیستم های آب خنک کننده که بین دیواره های فولادی دوگانه آن به گردش در می آیند به طور ایمن گرمای تولید شده را در حین فعال بودن راکتور حذف می کنند. این امر بسیار مهم است زیرا دمای بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ میلیون درجه سانتیگراد برای همجوشی مورد نیاز است.

راکتور همجوشی جدید ITER پس از تکمیل، بزرگترین راکتور جهان خواهد بود

قدرت میدان های مغناطیسی

شکل دونات داخلی اجازه می دهد تا ذرات پلاسما در داخل به طور مداوم بدون تماس با دیوارها حلقه بزنند. این پلاسمای فوق داغ توسط میدان های مغناطیسی تولید شده توسط ۱۰۰۰۰ تن آهنرباهای ابررسانا در راکتور توکامک کنترل و کنترل می شود.

ITER که قادر به تولید میدان های قوی تر از آهنرباهای معمولی در دمای -۲۶۹ درجه سانتیگراد است، از "ابررساناهای با کارایی بالا و خنک داخلی" استفاده می کند که در آن رشته های ابررسانا در کنار هم قرار می گیرند و در یک پوشش فولادی ساختاری قرار می گیرند.

این وسیله برای تولید میدان‌های مغناطیسی نیز ارزان‌تر و مصرف انرژی کمتری نسبت به گزینه‌های جایگزین دارد، و آن را به تنها گزینه مناسب برای سیستم‌های مغناطیسی عظیم مورد نیاز برای پشتیبانی از نیروی همجوشی تبدیل می‌کند.

مخزن خلاء و سیستم آهنربای ابررسانای آن همگی در داخل کرایوستات ITER قرار دارند که فضای خلاء با دمای بسیار پایین را فراهم می‌کند. این محفظه با ۱۶۰۰۰ متر مربع، بزرگترین محفظه فشار خلاء بالا فولاد ضد زنگ است که تا کنون ساخته شده است.

اختلاف دمای شدید موجود در راکتور، فولاد ضد زنگ را به یک انتخاب ایده آل تبدیل می کند. قابلیت حفظ عملکرد در دماهای بالا و پایین، انعطاف پذیری و چقرمگی بالای فولاد آن را به بخشی غیر قابل تعویض از ITER تبدیل می کند.

با توجه به اینکه توکاماک تا سال ۲۰۲۵ راه اندازی می شود، فیزیکدانان فیوژن امیدوارند که این یک تغییر دهنده بازی برای تولید انرژی باشد. در حالی که چشم انداز انرژی پاک تقریباً بی حد و حصر فراتر از افق باقی می ماند، واضح است که اگر بخواهیم به همجوشی تجاری دست یابیم، این قدرت پایدار فولاد است که به ما امکان می دهد آن را مهار کند.

انتهای پیام/