صالحی 
به گزارش روابط عمومی باشگاه نوآوری و فناوری یونسکو- ایران طی سال های اخیر ، با گرم شدن کره زمین و آلودگی بیش از حد هوا، استفاده از سوخت های پاک، به چالشی برای کشورهای مختلف تبدیل شده است. استفاده از انرژی هسته ای یکی از روش هایی است که می تواند سوخت مورد نیاز بسیاری از کارخانه ها و صنایع را تأمین نماید؛ اما زباله های این نوع انرژی، خود گاهی تبدیل به مشکلی بزرگ برای محیط زیست می شود. برای رفع این مشکل، دانشمندان تحقیقاتی را برای ساخت نوعی خورشید مصنوعی شروع کرده اند که می‌تواند یک منبع انرژی پاک و نسبتاً ارزان باشد و از تولید زباله‌های هسته‌ای نیز جلوگیری کند. این پروژه که یک راکتور محسوب می‌شود درواقع هیدروژن را به یک انرژی تجدید پذیر تبدیل می‌کند و همجوشی هسته‌ای را ایجاد خواهد کرد. در این راستا روز گذشته کره جنوبی توانست از قدرتمند ترین خورشید مصنوعی جهان رونمایی کند که ۶ برابر از خورشید طبیعی نیز نیرومندتر است.
همجوشی هسته‌ای چیست ؟
همجوشی هسته‌ای، فوزیون یا فیوژن (Fusion) فرایندی عکس عمل شکافت هسته‌ای می باشد؛ در این فرایند هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر ترکیب شده و هسته ای سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود. برای اینکه همجوشی امکان‌پذیر باشد هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامونشان فائق آیند؛ بنابراین دماهای وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق‌العاده بالاست.
.jpg)
” عملیات همچوشی هسته ای ”
در سال ۱۹۵۲ اولین انفجار آزمایشی گرماهسته‌ای باعث آزاد شدن مقدار زیادی انرژی کنترل‌نشده شد. این آزمایش نشان داد که اگر دمای یک گاز متشکل از ذرات باردار – پلاسما – با چگالی بالا تا حد ۵۰ میلیون درجه کلوین افزایش یابد، باعث ایجاد واکنش همجوشی هسته‌ای در گاز یونیده می‌شود. پس از انفجار موفقیت‌آمیز بمب هیدروژنی جستجو برای آزاد کردن کنترل شده انرژی همجوشی شروع شد؛ گرمای همجوشی به مفهوم گرمای حاصله از همجوشی هسته‌ای است.
واکنش همجوشی هسته ای چگونه انجام می شود ؟
همجوشی هسته‌ای، واکنشی کاملاً برعکس شکافت هسته‌ای می باشد یعنی به جای شکافتن اتم‌های بزرگ به اتم‌های کوچک، اتم‌های کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند تا اتم‌های بزرگ به‌وجود آیند. این واکنش انرژی خیلی زیادی آزاد می‌کند، چرا که طبق نظریه نسبیت خاص انشتین، قسمتی از ماده این واکنش به انرژی تبدیل می‌شود. واقعیت این است که خارج از نیروگاه‌های همجوشی و در طبیعت، ما هر روز اثر این واکنش را احساس می‌کنیم. همجوشی هسته‌ای همان چیزی است که در مرکز خورشید رخ می‌دهد. خورشید یک رآکتور عظیم همجوشی هسته‌ای است؛ این ستاره هیدروژن را به عناصر سنگین تبدیل می‌کند و نور و گرمای حاصل از واکنش را برای ما که روی زمین هستیم، ارسال می‌کند.
.jpg)
” انرژی تولید شده در خورشید در نتیجه فرآیند همجوشی هسته‌ای “
بنابراین جوش هسته‌ای، واکنشی است که در آن دو یا چند اتم با یکدیگر ترکیب شده و عنصر جدیدی را ایجاد می‌کنند. اختلاف میان جرم اتم‌های اولیه و اتم‌های جدید تولید شده، معادل با انرژی است که می‌تواند تولید شده یا جذب شود. بدیهی است که تفاوت عمده‌ای میان هسته‌ی خورشید و یک نیروگاه وجود دارد.
برای انجام واکنش همجوشی در محیط آزمایشگاه ها چه مشکلاتی وجود دارد ؟
چیزی که باعث می‌شود رسیدن به فناوری همجوشی هسته ای یا همان ساخت خورشید مصنوعی مشکل باشد، عدم علاقه هسته اتم‌ها به جوش خوردن با یکدیگر است. هسته اتم هیدروژن دارای یک پروتون است و بنابراین بار الکتریکی مثبت دارد. وقتی می‌خواهیم یک هسته اتم هیدروژن دیگر را به آن جوش بدهیم، به دلیل اینکه هر دو دارای بار مثبت هستند، در برابر جوش خوردن مقاومت می‌کنند. تنها راه این است که به زور این کار را انجام دهیم و آن‌قدر دمای اتم‌ها را بالا ببریم که به پلاسما تبدیل شوند. اگر پلاسمایی با دمای بسیار بالا داشته باشیم، بعضی از هسته‌ها چنان محکم به یکدیگر برخورد می‌کنند که به یکدیگر جوش می‌خورند. برای انجام این فرایند، به دما و فشار خیلی زیادی احتیاج است. مشکل این‌جاست که ما بر روی زمین باید شرایط قسمت مرکزی خورشید را بازسازی کنیم.
خورشیدی که جرم‌اش ۳۳۰ هزار برابر زمین است و دمای مرکز آن به ۱۷ میلیون درجه سانتیگراد می‌رسد. مشکل نخست این است که بر روی زمین به اندازه خورشید سوخت هیدروژن در اختیار نداریم، باید دما را به ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد برسانیم. مشکل دوم که ماده در شکل پلاسما رفتارهای عجیبی از خود نشان می‌دهد. پلاسما شکل چهارم ماده است نه مایع، نه جامد و نه گاز. وقتی پلاسما را در دما و فشار خیلی زیاد قرار می‌دهیم، به شدت ناپایدار می‌شود. برای کنترل شرایط ناپایدار آن نیز از تجهیزات معمولی نمی‌توان استفاده کرد. به نوعی باید بر روی زمین یک ستاره ساخت. این کار به قدری چالش‌برانگیز است که بشر برای رسیدن به آن، باید پیچیده‌ترین فناوری تاریخ را بسازد.
آغاز عملیات ساخت خورشید مصنوعی در چین در سال ۲۰۱۸
اواخر سال ۲۰۱۸ بود که دانشمندان چینی اعلام کردند درحال ساخت نوعی خورشید مصنوعی هستند که بتوانند از آن به‌عنوان منبع جایگزین انرژی در کره‌زمین استفاده کنند. گزارش‌ها حکایت از آن داشت که موسسه علوم فیزیکی Hefei چین روی پروژه شبیه‌ساز خورشید زمینی کار می‌کردند که اساسا یک رآکتور همجوشی بود. چیزی که در این پروژه عجیب بود و توجه را به خود جلب می‌کرد، این بود که دانشمندان این پروژه مدعی شده بودند، توانسته‌اند دمای ۱۰۰میلیون درجه سیلسیوس را در این شبیه‌ساز تولید کنند که نسبت به دمای ۱۵ میلیون درجه سیلسیوس در هسته خورشید، ۶ برابر بالاتر است.
.jpg)
پروژه همجوشی هسته ای چین در سال ۲۰۱۸
بر اساس اعلام محققان، انتظار می‌رود ITER در سال ۲۰۲۵ تکمیل شود و هزینه کلی آن به ۲۲.۵ میلیارد دلار می‌رسد.
قدرتمندترین خورشید مصنوعی جهان توسط کره جنوبی ساخته شد
علارغم تحقیقات گسترده ای که چین برای ساخت خورشید مصنوعی آغاز کرده است این کره جنوبی است که زودتر از موعد توانست اولین خورشید مصنوعی جهان را با موفقیت آزمایش نماید. پژوهش ابررسانای کره جنوبی که توکاماک کره”(KSTAR) نام دارد یک دستگاه همجوشی ابررسانا است که به عنوان خورشید مصنوعی کره‌ای نیز شناخته می‌شود. مرکز تحقیقات “KSTAR” در انستیتوی انرژی همجوشی کره(KFE) اعلام کرد که در یک تحقیق مشترک با دانشگاه ملی سئول(SNU) و دانشگاه “کلمبیا” در ایالات متحده، موفق به کار مداوم با پلاسما به مدت ۲۰ ثانیه با یک یون-دمای بالاتر از ۱۰۰ میلیون درجه شده که یکی از اصلی‌ترین شرایط همجوشی هسته‌ای در “کمپین پلاسمای KSTAR ۲۰۲۰” است. این یک موفقیت بزرگ است، چرا که رکورد قبلی این مرکز تنها هشت ثانیه بود و اکنون پس از یک سال بیش از دو برابر افزایش یافته است.
“سی وو یون” مدیر مرکز تحقیقات “KSTAR” در “KFE” توضیح داد:
«فناوری‌های مورد نیاز برای عملیات طولانی پلاسما در دمای ۱۰۰ میلیون درجه کلید تحقق انرژی همجوشی است و موفقیت “KSTAR” در حفظ پلاسما در دمای بالا برای ۲۰ ثانیه، یک نقطه عطف مهم در مسابقه تأمین امنیت فناوری‌ها برای عملکرد طولانی مدت پلاسما خواهد بود که یکی از اجزای مهم یک رآکتور همجوشی هسته‌ای تجاری در آینده است. »
هدف نهایی “KSTAR” موفقیت در یک عملیات مداوم ۳۰۰ ثانیه‌ای با دمای یونی بالاتر از ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد تا سال ۲۰۲۵ است.
منبع:خبرگزاری علم و فناوری