«خورشید مصنوعی»؛ رآکتور هسته ای جدید چین با دمای درونی ۲۰۰ میلیون درجه سانتیگراد

چین از برنامه های جاه طلبانه خود برای تولید یک رآکتور هسته ای که «خورشید مصنوعی» نام گرفته پرده برداشته است، دستگاهی که مانند خورشید از گداخت هسته ای برای تولید انرژی استفاده می کند. چینی ها می گویند این ماشین که دمای آن به ۳۶۰ میلیون درجه فارنهایت (نزدیک به ۲۰۰ میلیون درجه سانتیگراد) می رسد بیشتر شبیه ترکیبی از ۱۲ خورشید مصنوعی است. این دمای بسیار بالا همان چیزی است که چینی ها را به خواسته آن ها می رساند: هسته های دو یا تعداد بیشتری اتم به هم جوش خورده و در اثر آن انرژی تولید خواهد شد. این دستگاه آزمایشی با نام «HL-2M Tokamak»، بزرگ ترین در نوع خود تا به امروز به شمار می آید.

توکامک یک نوع خاص از رآکتورهای همجوشی است که از دهه ۱۹۵۰ در مورد آن نظریه پردازی شده است، زمانی که دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی این واژه را به عنوان جانشین اختصاری عبارت «محصورسازی مغناطیسی چنبره ای» (toroidal magnetic confinement) در زبان روسی ابداع کردند. این نام به طور کامل توصیف کننده عملکرد و ماهیت این دستگاه است. توکامک یک نوع چنبره (شبه دونات) است که پلاسمای بسیار داغ در آن به دام افتاده و برای ایجاد واکنش های شیمیایی تحت فشار قرار می گیرد.

در ۴۰ سال گذشته صدها رآکتور توکامک کوچک در شرایط آزمایشگاهی در سراسر جهان مورد مطالعه قرار گرفته اند. پلاسمای درون رآکتور توکامک با کمک میدان های مغناطیسی در داخل آن نگه داشته می شود اما این میدان های مغناطیسی نسبت به اتفاقات آسیب پذیر بوده و ممکن است باعث اشکالاتی شوند که کار رآکتور را خراب می سازد. کنترل این میدان های مغناطیسی بسیار دشوار است. مطالعه رآکتورهای توکامک مدت زمان زیادی طول کشیده و گاهی اوقات به کارگیری آن ها در مقیاس بزرگ تقریباً غیرممکن به نظر می رسیده و بسیاری به دنبال یک دستگاه جدید بوده اند. استلاراتور (stellarator) یکی از ایده های جدید در کنار توکامک بوده که ترکیبی دیوانه کننده تر از ایده ها به نظر رسیده اما گفته می شود که از ثبات بیشتری برخوردار بوده و امکان خارج شدن آن از مدار نیز بسیار کمتر است.

استلاراتور Wendelstein 7-X در سال ۲۰۱۵ خبرساز شد و بسیاری به این باور رسیدند که چنبره انرژی جدید می تواند از توکامک پیشی بگیرد. اما  هر دو دستگاه، استلاراتور و توکامک، تقریباً به طور همزمان و موازی توسط تیم های متفاوتی در حال توسعه بوده اند. توکامک HL-2M چین با نام رسمی «توکامک آزمایشی پیشرفته فوق رسانا» (Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST)) شناخته می شود. محققان چینی برای اولین بار این رآکتور را در سال ۲۰۰۶ روشن کردند اما رسیدن به یک نقطه عطف کاری بوده که سال ها زمان برده است. در سال ۲۰۱۸، این رآکتور به دمای ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت (حدود ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد) رسید که به گفته محققان نیمی از دمای کاربردی مورد نظر است که در سال ۲۰۲۰ به آن خواهند رسید.

از یک نظر، EAST  تاییدی بر امکانپذیری و عملی بودن یک رآکتور گداخت پلاسمایی بزرگتر است. در یک فضای امن آزمایشگاهی، دانشمندان می توانند رفتار توکامک را تحت نظر و کنترل داشته باشند. به دلیل روش طراحی شان، توکامک ها معمولاً داغ ترین و پرانرژی ترین ذرات را از هسته هایشان بیرون می اندازند . این ذرات ممکن است خیلی سریع از کنترل و ثبات خارج شده، از منطقه پلاسما-واکنش گر بیرون زده و به احتمال فراوان در خارج از آن به دمای ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت برسند. انتظار می رود که EAST  این مقدار گرما را حفظ کند و محققان در ۱۳ سال گذشته برای برهه های زمانی کوتاهی به حالت پلاسمایی دست یافته اند.

هدف آن ها اکنون این است که یک واکنش پلاسمایی باثبات تر و مداوم تر داشته باشند تا نشان دهند که چنین کاری می تواند انجام شوند. بعد از آن، دانشمندان امیدوارند که بتوانند رآکتورهای توکامک را به بیرون از آزمایشگاه آورده و برای تولید انرژی تجاری از آن استفاده نمایند. در توکامک از میدان های مغناطیسی برای محصور نگه داشتن پلاسما استفاده می کنند زیرا هیچ ماده جامدی نمی تواند به اندازه پلاسما تاب گرما را داشته باشد. در نهایت هدف از توسعه و بکارگیری توکامک ها تولید انرژی هسته ای از طریق گداخت یا همجوشی است.

بیشتر بخوانید: «چرنوبیل روی یخ»؛ نیروگاه هسته ای شناور روسیه که تداعی کننده کشتی تایتانیک است