شرکت‌های خصوصی قصد دارند فرایند همجوشی هسته‌ای را از معمایی پیچیده، به یک فناوری علمی کاربردی و سودآور برای تولید انرژی پاک و بدون کربن تبدیل کنند؛ اما آیا سال جاری می‌تواند نقطه آغازی برای تحقق این رویا باشد؟
تاکنون، بیشتر پروژه‌هایی که با سرمایه‌گذاری‌های خطرپذیر پشتیبانی شده‌اند، از پیش‌بینی‌های کامپیوتری و نمونه‌های اولیه فراتر نرفته‌اند. اما امسال، چندین شرکت قصد دارند دستگاه‌های بزرگ‌تر و پیشرفته‌تری را معرفی کنند که به گفته‌ی آن‌ها، می‌تواند گاز یونیده را به دمای لازم برای همجوشی برساند. روی کاغذ، گرمای تولیدشده توسط دستگاه‌های جدید، بیشتر از انرژی مصرفی برای شروع فرآیند همجوشی است که به اصطلاح، به‌عنوان آستانه‌ی «نقطه سربهسر» یا تعادل شناخته می‌شود.
به‌گزارش ساینس، میشل لابرژ، فیزیکدان و بنیان‌گذار شرکت جنرال فیوژن کانادا، معتقد است که همجوشی به مرحله‌ی عملیات نزدیک شده است. او می‌گوید: «در یکی دو سال آینده، تعدادی از افراد به اعداد نزدیک به نقطه سربهسر دست خواهند یافت.»
با‌این‌حال، فیزیکدانانی که سال‌ها در آزمایشگاه‌های دولتی برای تحقق همجوشی تلاش کرده‌اند، جدول زمانی استارت‌آپ‌ها را بیش‌از‌حد خوش‌بینانه می‌دانند و معتقدند این ادعاها نه براساس واقعیت علمی، بلکه بیشتر برای جذب سرمایه‌گذاران است. استیون کالی، مدیر آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون، می‌گوید: «هیچ دستگاهی را ندیده‌ام که بلافاصله پس از روشن‌شدن به‌خوبی عمل کند. هرگز.»
دانشمندان معتقدند ادعاها بیشتر برای جذب سرمایه‌گذاران است
همجوشی هسته‌ای، فرآیندی است که در آن هسته‌های سبک اتم‌ها با یکدیگر ادغام می‌شوند و درنتیجه هسته‌های سنگین‌تر و مقدار فراوانی انرژی تولید می‌کنند. اما به دلیل دفع شدید هسته‌های دارای بار مثبت، این فرآیند نیازمند گرما و فشار فوق‌العاده بالایی است؛ مشابه شرایط موجود در هسته‌ی ستارگان یا انفجارهای هسته‌ای. برای دستیابی به همجوشی کنترل‌شده، فیزیکدانان ایزوتوپ‌های هیدروژن را تا دمایی حدود ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند تا پلاسمای یونیده‌ای ایجاد شود که امکان آغاز فرایند همجوشی را فراهم می‌کند.
با وجود میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری و دهه‌ها تلاش، فقط تأسیسات ملی احتراق و علوم فوتونی (NIF) در ایالات متحده، موفق به دستیابی به نقطه سربهسر شده است. این مرکز از لیزرهای قدرتمند برای فشرده‌سازی و گرم‌کردن کپسول‌های کوچک سوخت همجوشی استفاده می‌کند. سایر پروژه‌های دولتی، مانند دستگاه‌های توکامک، از آهنرباهای قوی برای کنترل پلاسما و روش‌هایی مانند مایکروویو و پرتوهای ذرات برای گرم‌کردن بهره می‌گیرند. پروژه عظیم ایتر (ITER) در فرانسه نیز که آغاز به کار آن به دهه‌ی آینده موکول شده، یکی از مهم‌ترین دستاوردها به شمار می‌رود.
بیشتر بخوانید
دولت‌ها نیز از همجوشی حمایت می‌کنند، با‌این‌حال، روند کند پروژه‌های دولتی و نیاز فوری به انرژی پاک، باعث شده است که بسیاری از پژوهشگران به سرمایه‌گذاری‌های خصوصی روی بیاورند. براساس گزارش انجمن صنعت همجوشی، تا سال ۲۰۲۴ تعداد ۴۵ شرکت در این حوزه موفق به جذب بیش از ۷ میلیارد دلار سرمایه شده‌اند. استارتاپ‌ها امیدوارند که با استفاده از فرآیندهای سریع و تکرارشونده صنعتی، بتوانند از پروژه‌های دولتی پیشی بگیرند. مگان ویلسون، مدیر استراتژی جنرال فیوژن، می‌گوید: «ما می‌خواهیم سریع پیشرفت کنیم، از برنامه‌های خود درس بگیریم و به نتایج ملموس برسیم.»
برخی شرکت‌ها در تلاش‌اند تا توکامک‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر یا دستگاه‌های مشابهی به نام استلراتور را بسازند. این شرکت‌ها از فناوری‌هایی مانند ابررساناهای دما‌بالا و یادگیری ماشین بهره می‌گیرند. برخی دیگر نیز روش‌هایی را که پیش‌تر کنار گذاشته شده بودند، مانند پیکربندی میدانی معکوس (FRC)، احیا کرده‌اند. در این روش، حلقه‌ای چرخان از پلاسما به کمک میدان مغناطیسی تولیدشده توسط خودش، به‌طور موقت پایدار می‌ماند.
روش پیکربندی میدانی معکوس در دهه ۱۹۵۰ کشف شد؛ اما در آن زمان پایداری حلقه‌ها فقط چند میکروثانیه دوام داشت. در دهه‌های بعدی، آزمایشگاه‌های ملی و دانشگاه‌ها موفق شدند حلقه‌ها را پایدارتر کنند، اما پژوهش در این زمینه متوقف شد. اکنون، شرکت جنرال فیوژن بخشی از سرمایه‌ی ۳۴۰ میلیون دلاری خود را به ساخت دستگاهی اختصاص داده که حلقه‌ای از پلاسما به قطر دو متر را به محفظه واکنش‌دهنده تزریق می‌کند. در این محفظه، موج ضربه‌ای ناشی از برخورد پیستون‌ها به دیواره، حلقه را فشرده و آن را تا میلیون‌ها درجه گرم می‌کند.
دستگاه جدید جنرال فیوژن ماه آینده در ونکوور رونمایی می‌شود
دستگاه جدید شرکت جنرال فیوژن که «LM26» نام دارد، قرار است ماه آینده در ونکوور رونمایی شود و فشرده‌سازی پلاسما را از ماه مارس آغاز کند. هدف این دستگاه، دستیابی به دمای ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد تا پایان سال است. با این حال، LM26 به‌جای ترکیب دوتریوم-تریتیوم که برای تولید انرژی مورد نیاز است، صرفا از دوتریوم استفاده می‌کند. لابرژ می‌گوید: «رآکتور عملیاتی ما دست‌کم تا پیش از دهه ۲۰۳۰ آماده نخواهد شد و برای ساخت آن به سرمایه‌گذاری بیشتری نیاز داریم.»
شرکت هلیون مستقر در سیاتل نیز دستگاه جدیدی به نام «پولاریس» را معرفی کرده است. این دستگاه با شلیک همزمان حلقه‌های پیکربندی میدانی معکوس از دو انتهای محفظه، آن‌ها را در مرکز با هم ادغام می‌کند. آهنربایی قوی که اطراف محفظه قرار دارد، فرآیند فشرده‌سازی را تکمیل می‌کند. جسی بارتون، سخنگوی هلیون، می‌گوید: «هدف نهایی پولاریس این است که بتوانیم از همجوشی برق تولید کنیم.»
پروژه‌ی بسیار تبلیغاتی دیگر به نام راکتور توکاماک «اسپارک»، توسط شرکت کامن‌ولث فیوژن سیستمز (CFS) در حال اجرا است. اسپارک هرچند با قطر فقط پنج متر، از توکامک ایتر با قطر ۱۶٫۴ متر بسیار کوچک‌تر است، قصد دارد عملکرد مشابه با ایتر را با کسری از هزینه‌ی آن که به فراتر از ۲۵ میلیارد دلار رسیده، ارائه دهد. CFS برای اولین‌بار در حوزه‌ی همجوشی بر ابررساناهای دارای دمای بالا برای ساخت آهنرباهای بسیار قوی اتکا کرده است.
ماده ابررسانا سرامیکی شکننده است که ساخت آن به شکل سیم و پیچیدن به صورت کویل‌های مورد نیاز برای الکترومغناطیس‌ها دشوار است. درنتیجه، CFS از یک نوار فولادی استفاده می‌کند که با لایه‌ای از ماده‌ی ابررسانا پوشیده شده است. درطول چند سال گذشته، این شرکت روش‌هایی را برای پیچیدن و بافتن آن نوارها در قالب دو نوع آهنربای مورد نیاز ابداع کرده است. طبق وعده‌ی شرکت، اسپارک قرار است تا سال ۲۰۲۷ به بهره خالص انرژی دست یابد.
با‌این‌حال، برخی دانشمندان مانند استیون کالی، همچنان معتقدند که جدول‌های زمانی ارائه‌شده بیش‌از‌حد خوش‌بینانه است و نوار ابررسانا هرگز در چنین آهنربای بزرگی شکل نگرفته است. او می‌گوید: «گمان نمی‌کنم امسال شاهد دستاورد خاصی باشیم.» همجوشی هسته‌ای همچنان صنعتی است که برنامه‌ریزی‌های دقیق را به چالش می‌کشد و موفقیت در آن نیازمند صبر و زمان است.
source