برای نخستین بار با همجوشی هسته‌ای بیش از ۱٫۳ مگاژول انرژی تولید شد

امیر نیک‌رو

۱۰ آذر ۱۴۰۳ | ۱۰:۳۹ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۲ دقیقه

طی یک دستاورد علمی مهم، دانشمندان موفق شدند در همجوشی هسته‌ای به انرژی بیش از ۱٫۳ مگاژول دست یابند که واکنش خودبه‌خودی هسته‌ای را در آستانه‌ی احتراق قرار می‌دهد. اکنون پژوهشگران به‌دنبال طرح مسیر آینده‌ی این پیشرفت هستند.

پس از دهه‌ها تحقیق درباره‌ی «همجوشی محصورسازی لَختی» (Inertial Confinement Fusion)، یک رکورد تازه برای نخستین بار به انرژی تولیدی بیش از ۱٫۳ مگاژول از واکنش همجوشی هسته‌ای دست یافت. این پیشرفت مهم که برای نخستین بار انجام شده، ۸ آگوست ۲۰۲۱ (۱۷ مرداد ۱۴۰۰) طی آزمایشی در آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL) زیرمجموعه‌ی تأسیسات احتراق ملی آمریکا (NIF) به‌دست آمده است.

طبق گزارشی که روزهای گذشته منتشر شد، این نتایج نشان‌دهنده‌ی بهبود ۸ برابری نسبت به آزمایش‌های انجام شده در بهار ۲۰۲۱ و افزایش ۲۵ برابری نسبت به بازه‌ی رکود قبلی NIF در سال ۲۰۱۸ است.

تأسیسات احتراق ملی ۱۹۲ پرتو لیزر قدرتمند را با دقت بسیار بالا در چند میلیاردم ثانیه به هدفی به اندازه‌ی یک پاک‌کن انتهای مداد هدایت، تقویت، منعکس و متمرکز می‌کند. در این آزمایش NIF دماهای هدف بیش از ۱۰۰ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد و فشار بیش از ۱۰۰ میلیارد برابر جو زمین را تولید می‌کند. این شرایط شدید باعث می‌شود اتم‌های هیدروژن در هدف، طی یک واکنش گرماهسته‌ای کنترل‌شده، ذوب شوند و انرژی آزاد کنند.

فیزیکدانان LLNL این دستاورد را طی یک جلسه‌ی عمومی در شصتوسومین نشست سالانه‌ی زیرگروه پلاسمای انجمن فیزیک آمریکا مورد بحث قرار دادند. در حالی که پیش از این هم پوشش رسانه‌ای از این دستاورد صورت گرفته است، اما این نشست نخستین فرصت مناسب برای پرداختن به این نتایج و تعیین مسیر پیش رو محسوب می‌شود.

دستیابی به این بازده زیاد یک هدف دیرینه برای تحقیقات همجوشی هسته‌ای محصورسازی اینرسی بوده است و پژوهشگران را در آستانه‌ی آغاز واکنش کامل همجوشی هسته‌ای قرار می‌دهد که هدف مهم NIF به‌عنوان بزرگ‌ترین و پرانرژی‌ترین لیزر جهان محسوب می‌شود.

جامعه‌ی تحقیقاتی در زمینه‌ی فیوژن (Fusion) از تعاریف فنی زیادی برای آغاز واکنش هسته‌ای خودبه‌خودی استفاده می‌کند اما آکادمی ملی علوم در بررسی NIF در سال ۱۹۹۷ تعریف «بهره‌وری بیشتر از وحدت» (Gain Greater Than Unity) را به‌کار برد که به بازده بیشتر همجوشی هسته‌ای نسبت به لیزر اشاره دارد. آزمایش اخیر بازده همجوشی را تقریبا به دو سوم انرژی لیزر رساند که بسیار نزدیک هدف است.

این آزمایش جدید بر اساس چندین پیشرفت ایجاد شده در سال‌های گذشته توسط تیم NIF ممکن شده است. از جمله‌ی این پیشرفت‌ها می‌توان به شناساگرهای جدید، بهبود تعبیه‌ی هدف در پوسته‌ی کپسول، لوله‌ی پرکننده و هولورام (سیلندر طلایی نگهدارنده‌ی کپسول هدف)، دقت بهبود یافته‌ی لیزر و تغییرات طراحی برای افزایش انرژی جفت شده به درون‌پاشی (Implosion) و فشرده‌سازی درون‌پاشی اشاره کرد.

این پیشرفت‌ها دسترسی به یک رژیم آزمایشی جدید، با زمینه‌های پژوهشی تازه و فرصتی برای مدل‌سازی معیار برای درک شرایط نزدیک به آغاز واکنش همجوشی را فراهم می‌کند.

گفتنی است همجوشی هسته‌ای یا فیوژن فرآیندی معکوس روشی است که در نیروگاه‌های هسته‌ای با عنوان شکافت یا فیشن استفاده می‌شود. در واکنش همجوشی هسته‌ای دو اتم سبک مانند هیدروژن با هم جوش می‌خورند تا یک هسته‌ی اتمی سنگین‌تر تشکیل و مقدار زیادی انرژی آزاد شود. این فرآیند در ستارگان ازجمله خورشید هم روی می‌دهد اما تاکنون روی زمین برای تولید پیوسته‌ی انرژی ممکن نشده است.