واکنش‌های همجوشی هسته‌ای پایدار با آهنربای بدون عایق

به گزارش مجله خبری نگار، به نقل از نیو اطلس، یکی از راه‌هایی که دانشمندان برای درک پتانسیل انرژی همجوشی هسته‌ای به‌عنوان یک منبع تقریباً پایان‌ناپذیر و پاک از انرژی کار می‌کنند، از طریق آهن‌ربا‌های جدید و بهبود یافته است که میدان‌های پلاسما را برای انجام واکنش‌های حیاتی محدود می‌کنند.

اکنون یک مطالعه جدید نشان‌دهنده یک «تغییر انقلابی» در نحوه ساخت این اجزا است که با تسهیل نوع جریان‌های فوق‌داغ و پایدار پلاسمای مورد نیاز برای تبدیل شدن به نیروی همجوشی، می‌تواند یک قطعه کلیدی از این پازل را شکل دهد.

این آهن‌ربا توسط دانشمندان آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) با هدف بهبود عملکرد آنچه به عنوان "راکتور‌های همجوشی توکاماک" شناخته می‌شود، ساخته شده است. این دستگاه‌های دونات‌شکل برای محدود کردن جریان‌های دایره‌ای پلاسما طراحی شده‌اند که اتم‌ها را تحت فشار و گرمای شدید به هم جوش می‌دهند و مقادیر زیادی انرژی را به طور مداوم آزاد می‌کنند.

اما یکی از مشکلات فراوان در دستیابی به این جریان‌های پایدار پلاسما، تهدیدی است که آن‌ها برای وضعیت آهنربای الکتریکی مرکزی ایجاد می‌کنند که یک سیم لوله یا سیم‌پیچ است که جریان‌های الکتریکی و میدان مغناطیسی تولید می‌کند. ذرات پرانرژی زیراتمی به نام نوترون از پلاسما خارج می‌شوند و می‌توانند عایق سیم‌پیچ‌های آهنربا را فرسوده کنند و عملکرد و طول عمر آن‌ها را به خطر بیندازند.

"یوهو ژای" مهندس آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون و نویسنده اصلی این تحقیق می‌گوید: اگر ما در حال طراحی نیروگاهی هستیم که به طور مداوم برای ساعت‌ها یا روز‌ها کار کند، نمی‌توانیم از آهن‌ربا‌های فعلی استفاده کنیم. این تأسیسات، ذرات پرانرژی بیشتری نسبت به تأسیسات آزمایشی فعلی تولید خواهند کرد. آهن‌ربا‌هایی که امروزه تولید می‌شوند برای تاسیسات آینده مانند نیروگاه‌های برق همجوشی تجاری به اندازه کافی دوام نمی‌آورند.

دانشمندان برای توسعه نوع جدید آهنربای خود، سیم‌هایی از جنس نیوبیوم و قلع ساختند که به روشی خاص داغ می‌شوند تا نوع جدیدی از ابررسانا را تشکیل دهند. استفاده از این ماده جدید در سیم‌کشی اجازه می‌دهد تا جریان‌های الکتریکی در دما‌های بسیار پایین و با مقاومت کم جریان داشته باشند که نیاز به عایق را کاهش می‌دهد. نتیجه، سیم‌کشی‌هایی است که کمتر مستعد تخریب هستند و به گفته محققان، پیشرفت‌های دیگری از نظر عملکرد ارائه می‌دهند.

"ژای" می‌گوید: در طول آزمایش‌های ما، آهن‌ربای ما حدود ۸۳ درصد از حداکثر جریان الکتریکی را که سیم‌ها می‌توانند حمل کنند، تولید کرد که مقدار بسیار خوبی است.

دانشمندان معمولاً تنها از ۷۰ درصد ظرفیت جریان الکتریکی سیم ابررسانا هنگام طراحی و ساخت آهن‌ربا‌های پرقدرت استفاده می‌کنند و آهن‌ربا‌های مقیاس بزرگ مانند آهن‌ربا‌های مورد استفاده در تأسیسات همجوشی بین‌المللی که در فرانسه ساخته می‌شود، اغلب فقط از ۵۰ درصد از ظرفیت خود استفاده می‌کنند.

همچنین گفته می‌شود که ساخت آهن‌ربا از راه‌حل‌های فعلی، ساده‌تر و ارزان‌تر است و از آنجایی که می‌تواند در چگالی جریان بالاتر عمل کند، می‌تواند فضای کمتری را درون دستگاه توکاماک اشغال کند و در عین حال امکان تولید میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر را فراهم کند.

"مایکل زرنستورف" مدیر ارشد علمی آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون گفت: این یک تغییر انقلابی در نحوه ساخت الکتروآهن‌ربا‌ها است. با ایجاد این آهن‌ربا فقط با فلز و حذف نیاز به استفاده از عایق، از شر بسیاری از مراحل پرهزینه خلاص می‌شوید و احتمال خرابی و فرسایش سیم‌پیچ را کاهش می‌دهید که این واقعاً مسئله مهمی است.

این تحقیق در مجله Superconductor Science and Technology منتشر شده است.