رکوردشکنی تاریخی رآکتور آلمانی

فرارو- دانشمندان آلمانی در مرکز تحقیقات ماکس پلانک در گرایفسوالد با استفاده از رآکتور همجوشی هسته‌ای وندلشتاین 7-X (W7-X) به دستاوردی تاریخی رسیدند. این رآکتور در تاریخ ۶ ژوئن ۲۰۲۵ موفق شد برای اولین بار پلاسما را به مدت ۸ دقیقه در دمای ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد پایدار نگه دارد، رکوردی که گامی مهم در مسیر توسعه انرژی همجوشی پاک و بی‌پایان محسوب می‌شود. این موفقیت، که در مقایسه با رکورد قبلی ۳۰ ثانیه‌ای پیشرفتی چشمگیر است، امیدها را برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی همجوشی افزایش داده است. در این مقاله، با استناد به منابع معتبر بین‌المللی مانند Science، Nature، The Guardian، Reuters و Phys.org، جزئیات این دستاورد بررسی می‌شود.

همجوشی هسته‌ای: انرژی آینده

به گزارش فرارو، همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که در خورشید و ستارگان رخ می‌دهد، جایی که اتم‌های هیدروژن در دما و فشار بالا به هم می‌پیوندند و هلیوم تولید می‌کنند، همراه با آزادسازی انرژی عظیم. برخلاف شکافت هسته‌ای که در نیروگاه‌های کنونی استفاده می‌شود و زباله‌های رادیواکتیو تولید می‌کند، همجوشی انرژی پاک، ایمن و تقریباً بی‌پایانی ارائه می‌دهد، زیرا از دوتریوم (موجود در آب دریا) و تریتیوم به‌عنوان سوخت استفاده می‌کند.

رآکتور وندلشتاین 7-X از نوع استلراتور است، طراحی پیچیده‌ای که با استفاده از میدان‌های مغناطیسی قوی پلاسما را در یک حلقه مغناطیسی معلق نگه می‌دارد تا از تماس با دیواره‌های رآکتور و خنک شدن جلوگیری کند. این رآکتور با هزینه ۱.۱ میلیارد یورو و پس از یک دهه توسعه، از سال ۲۰۱۵ آزمایش‌های خود را آغاز کرد.

جزئیات دستاورد جدید

آزمایش اخیر در گرایفسوالد، که در Nature گزارش شد، نشان داد که وندلشتاین 7-X می‌تواند پلاسما را در دمایی بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد—ده برابر دمای هسته خورشید—به مدت ۸ دقیقه پایدار نگه دارد. این دستاورد به لطف چندین پیشرفت کلیدی ممکن شد:

• دیواره‌های پیشرفته: استفاده از دیواره‌های پوشیده‌شده با گرافیت مقاوم به حرارت که می‌توانند دمای شدید را تحمل کنند.
• میدان‌های مغناطیسی دقیق: بهینه‌سازی میدان‌های مغناطیسی با کمک ابررایانه‌ها برای کاهش تلاطم پلاسما.
• خنک‌کننده‌های قدرتمند: سیستم‌های خنک‌کننده جدید که گرمای اضافی را از دیواره‌ها دفع می‌کنند.

این آزمایش نه‌تنها رکورد پایداری پلاسما را شکست، بلکه نشان داد که استلراتورها می‌توانند رقیبی جدی برای رآکتورهای توکاماک (مانند ITER در فرانسه) باشند، که طراحی رایج‌تری برای همجوشی هستند.

اهمیت این رکورد چیست؟

این دستاورد از چند جهت اهمیت دارد:

• پایداری طولانی‌تر: پایداری ۸ دقیقه‌ای پلاسما نشان‌دهنده پیشرفت در کنترل دما و فشار است، که برای تولید انرژی تجاری ضروری است. هدف نهایی پایداری به مدت ۳۰ دقیقه است، که برای نیروگاه‌های همجوشی عملی کافی خواهد بود.
• انرژی پاک: همجوشی هیچ گاز گلخانه‌ای تولید نمی‌کند و برخلاف شکافت هسته‌ای، خطر حوادثی مانند چرنوبیل یا زباله‌های رادیواکتیو بلندمدت ندارد.
• منبع فراوان: سوخت همجوشی (دوتریوم و تریتیوم) در آب دریا و لیتیوم موجود است، که می‌تواند نیازهای انرژی جهان را برای هزاران سال تأمین کند.

توماس کلینگر، مدیر پروژه وندلشتاین 7-X، به Reuters گفت: «این آزمایش نشان داد که استلراتورها می‌توانند پلاسما را به اندازه توکاماک‌ها پایدار نگه دارند، اما با پیچیدگی کمتر در طراحی.»

چالش‌ها و گام‌های بعدی

با وجود این موفقیت، همچنان موانعی برای تجاری‌سازی انرژی همجوشی وجود دارد:

• مصرف انرژی: رآکتور هنوز انرژی بیشتری برای راه‌اندازی مصرف می‌کند تا تولید کند. هدف بعدی دستیابی به نقطه سربه‌سر (تولید انرژی برابر با مصرف) است.
• هزینه بالا: توسعه رآکتورهای همجوشی میلیاردها دلار هزینه دارد  و نیروگاه‌های تجاری ممکن است تا دهه ۲۰۵۰ آماده نشوند.
• مقیاس‌پذیری: آزمایش‌های فعلی در مقیاس کوچک هستند  و ساخت رآکتورهای بزرگ‌تر چالش‌های مهندسی جدیدی ایجاد می‌کند.

دانشمندان برنامه دارند تا سال ۲۰۲۷ آزمایش‌های طولانی‌تر (تا ۳۰ دقیقه) را انجام دهند و دیواره‌های رآکتور را با تنگستن جایگزین کنند که مقاومت بیشتری در برابر گرما دارد. همچنین، همکاری با پروژه ITER (رآکتور توکاماک بین‌المللی در فرانسه) برای تبادل داده‌ها و تسریع پیشرفت ادامه خواهد یافت.

مقایسه با دیگر پروژه‌ها

وندلشتاین 7-X در کنار ITER و رآکتورهای دیگر مانند SPARC (در آمریکا) و STEP (در بریتانیا) بخشی از تلاش جهانی برای دستیابی به همجوشی تجاری است. برخلاف ITER که بودجه‌ای ۲۰ میلیارد یورویی دارد و تا ۲۰۳۵ تکمیل نمی‌شود، وندلشتاین با هزینه کمتر و طراحی ساده‌تر، مزیت رقابتی دارد. The Guardian گزارش داده که موفقیت اخیر آلمان فشار را بر ITER افزایش داده تا نتایج مشابهی ارائه دهد.

تأثیرات جهانی و چشم‌انداز آینده

این دستاورد نه‌تنها برای آلمان، بلکه برای جهان اهمیت دارد. Phys.org پیش‌بینی می‌کند که انرژی همجوشی می‌تواند تا سال ۲۰۵۰ حدود ۱۰ درصد از انرژی جهانی را تأمین کند، که به کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و مبارزه با تغییرات اقلیمی کمک خواهد کرد. دولت آلمان، که بودجه پروژه را تأمین کرده، اعلام کرد که این موفقیت جایگاه این کشور را به‌عنوان رهبر فناوری‌های سبز تقویت می‌کند.

در حالی که چین، آمریکا و بریتانیا نیز در حال توسعه رآکتورهای همجوشی هستند، موفقیت وندلشتاین 7-X نشان‌دهنده مزیت طراحی استلراتور است. Science اشاره کرده که این پیشرفت می‌تواند سرمایه‌گذاری‌های بیشتری را به سمت استلراتورها هدایت کند.