تکنولوژیفناوریفیزیک

این آهنربا حیرت‌آور می‌تواند راه را برای تولید انرژی بسیار زیاد باز کند

چشمان دکتر گرگ بریتلز هنگام توضیح پروژه‌ای که روی آن کار می‌کند از هیجان می‌درخشید.

در واقع آرزوی هر مهندسی این است که بر روی پروژه‌ای کار کند که از نظر فنی چالش برانگیز باشد و شما را ملزم به توسعه فن‌آوری جدید و ارائه راه‌حل‌هایی نوین برای حل مشکلات سخت کند و در عین حال رسیدن به آن برای جهان نیز مهم باشد. به گزارش بی‌بی‌سی دکتر گرگ بریتلز از پنج سال پیش که در دانشگاه آکسفورد تحقیق خود را به پایان رسانده است در شرکت Tokamak Energy، یک شرکت نوپای انگلیسی که قصد دارد یک راکتور همجوشی بسازد، کار می‌کند.

همجوشی یا Fusion واکنشی است که انرژی خورشید و ستارگان را تأمین می‌کند. اگر بتوان این نیرو را در زمین مهار کرد، می‌توان با استفاده از مقدار کمی سوخت و بدون تولید دی‌اکسید کربن منبع گسترده‌ای از انرژی را تأمین کرد. چه چیزی بهتر از این؟

درک قوانین کلی آن به اندازه کافی آسان است. اتم‌های هیدروژن را مهار کنید و گرما و فشار کافی به آن اضافه کنید. آنها با هم ترکیب شده و هلیوم ایجاد می‌کنند. در طی این فرآیند مقداری از توده هیدروژن به گرما تبدیل می‌شود که می‌توانید از آن برای تولید برق استفاده کنید. اما نکته مهم اینجا است که برای اینکه همجوشی در زمین اتفاق بیفتد باید ایزوتوپ‌های هیدروژن را تا صدها میلیون درجه گرم کنید، تا زمانی که آنها چنان پرانرژی شوند که به حالت چرخشی ماده یا همان پلاسما درآیند.

بخش چالش‌برانگیز این فرآیند همیشه پلاسما بوده است. ستاره‌ها این کار را با استفاده از جاذبه انجام می‌دهند، اما در زمین معمول‌ترین روش برای انجام این فرآیند، استفاده از میدان‌های مغناطیسی قدرتمند برای مهار پلاسما است. بیشتر چالش‌های مهندسی مربوط به ساخت آهن‌ربا یا همان میدان مغناطیسی است. آنها باید به اندازه‌ای قدرت داشته باشند که بتوانند ماده‌ای بسیار داغ و چرخان را در خود نگه دارند، در عین حال آنقدر پرمصرف نباشند که در نهایت انرژی مصرف شده راکتور شما از انرژی تولید شده آن بیشتر شود.

بیشتر بخوانید
خودروهای برقی زودتر از آنچه تصور کنید جاده‌ها را تصاحب می‌کنند
پلاسما در داخل راکتور با میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی محدود شده است
پلاسما در داخل راکتور با میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی مهار شده است

در اواخر سال جاری دکتر باب مامگارد و تیمش در Commonwealth Fusion Systems (CFS) آهن‌ربایی خارق‌العاده را آزمایش خواهند کرد که به گفته آنها می‌‎تواند نقطه عطفی در پیشرفت این پروژه باشد. آهنربای D شکل با وزن ۱۰ تن، آن قدر بزرگ است که یک نفر بتواند به راحتی از داخل آن عبور کند و حدود ۳۰۰ کیلومتر از یک نوار الکترومغناطیسی بسیار خاص در داخل آن پیچیده شده است.

این نوار خود یک شاهکار مهندسی است که توسعه آن دهه‌ها به طول انجامیده است. لایه‌های نازک اکسید مس باریم ابررسانا (ReBCO) (که تفکیک و تامین آن کار بسیار دشواری است) بر روی یک نوار فلزی قرار داده شده‎‌اند. این دسته از نوار هنگامی که خنک می‌شود، می‌تواند برق را به صورت بسیار کارآمد هدایت کند. (این امر ضروری است زیرا ۴۰۰۰۰ آمپر یعنی چیزی در حدود برق کافی برای تأمین انرژی یک شهر کوچک، از آن عبور می‌کند).

زمانی که در صنعت همجوشی از عبارت خنک استفاده می‌شود، به این معناست که روند سرد شدن نوار تا منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد که همین امر ممکن است برای شما از نظر حرارت سنجی بسیار سرد به نظر برسد. اما در جهان مواد ابررسانا در واقع گرم است.

دکتر مومگارد، که از بنیانگذاران CFS و رئیس اجرایی این پروژه است، می‌گوید:

این بدان معناست که یخچالی که ما از آن استفاده می‌کنیم مانند یخچالی است که می‌تواند کل آشپزخانه شما را در خود جای دهد. در حالی که با چیزی که در فناوری نسل قبلی وجود داشت … به یخچالی به اندازه کل خانه شما احتیاج داشتیم.

دکتر باب مومگارد از CFS می‌گوید آهنرباها دیگر در مقیاس اسباب بازی نیستند
دکتر باب مومگارد از CFS می‌گوید آهنرباها دیگر در مقیاس اسباب بازی نیستند

CFS در حال توسعه راکتوری است که ۱۸ آهن‌ربا غول پیکر را در یک حلقه جای خواهد داد (مجموعه‌ای که به توکاماک معروف است) و اخیراً در ماساچوست محلی برای راه‌اندازی این راکتور انتخاب کرده است. دکتر مومگارد می‌گوید:

ما اولین کسی بودیم که واقعاً این آهنربا را فراتر از مقیاس کوچک، یعنی مقیاس تحقیق و توسعه که در برخی از شرکت‌های کوچک‌تر و برخی آزمایشگاه‌های ملی انجام شده است، توسعه داده‌ایم. ما اکنون به مقیاسی که برای ساخت ماشین‌های همجوشی به آن نیاز داریم، دستیابی پیدا کرده‌ایم. هرگز نمی‌توانستیم با چیزی که در مقیاس یک اسباب بازی است به فرآیند همجوشی برسیم.

جهش رو به جلو در فناوری آهنربا همچنین در پروژه همجوشی در Tokamak Energy در انگلستان نقش اساسی دارد. دکتر بریتلز پنج سال گذشته را صرف توسعه این فناوری کرده است و در حال حاضر به ساخت مدلی کمک می‌کند که یک سری آهن‌ربا‌های قدرتمند در آن با هم کار می‌کنند. وی توضیح می‌دهد:

این مدل مجموعه‌ای از تعداد زیادی سیم‌پیچ تولید نیرو است که همه در حال فعل و انفعال هستند و یکدیگر را تحت فشار قرار می‌دهند و یک مجموعه متعادل را تشکیل می‌دهند. این مجموعه باید کنترل شود وگرنه نیروها ممکن است نامتعادل شوند.

نیروهایی که توانایی تولید چنین میدان‌های مغناطیسی را دارند بسیار حیرت‌آور هستند. دکتر بریتلز، نیروی تولید شده توسط آهن‌ربا را هنگامی که با حداکثر توان کار می‌کند، به دو برابر فشار کف عمیق‌ترین اقیانوس تشبیه می‌کند.

بیشتر بخوانید
چرا کوپا t210 بخریم؟|  4 دلیل برای خرید کوپا t210

وقتی این آهن‌ربا‌ها آماده شوند، وارد یک توکاماک کروی می‌شوند (یک راکتور همجوشی به شکل سیب). تحقیقات نشان می‌دهد، چنین طرحی به ازای هر واحد نیرویی که استفاده می‌کند، نسبت به طرح رایج توکاماک دونات شکل، یعنی طرحی که CFS و دیگران از آن استفاده می‌کنند، انرژی بیشتری تولید خواهد کرد.

دکتر دیوید کینگهام، یکی از بنیانگذاران توکاماک انرژی و معاون اجرایی فعلی می‌گوید:

چالش اصلی ما همجوشی تجاری است و این واقعاً همان چیزی است که ما را به حرکت در می‌آورد، چرا که ما به دلیل مزایای تجاری طولانی مدت بر روی توکاماک کروی تمرکز کرده ایم. ما فکر می‌کنیم در اوایل دهه ۲۰۳۰ فناوری ما در یک کارخانه آزمایشی همجوشی قابل استفاده خواهد بود. به نظر من این یک مسابقه جهانی باشد. فعالیت‌های خصوصی قابل‌توجهی در ایالات متحده وجود دارد و ما با آنها در یک رقابت خواهیم بود.

300 کیلومتر نوار ابررسانا در آهن ربا CFS به کار می‌رود
۳۰۰ کیلومتر نوار ابررسانا در آهن ربا CFS به کار می‌رود

امید به ساخت یک راکتور همجوشی فعال برای دهه‌ها وجود داشته است. بزرگترین پروژه در جنوب فرانسه در جریان است و کنسرسیومی از کشورها در حال ساخت ITER هستند. یک راکتور غول پیکر که ساخت آن تاکنون میلیاردها پوند هزینه برداشته است و سال‌ها از برنامه اولیه آن می‌گذرد. با این حال، طراحی‌های جمع و جورتر مانند آنهایی که توسط Tokamak Energy و CFS برنامه‌ریزی شده‌اند، نظر سرمایه گذاران خصوصی را به خود جلب می‌کند، آنها بر این باورند که این پیشنهادهای تجاری، مناسب خواهند بود.

دکتر وال ون لیروپ ۲۰ سال پیش شرکت سرمایه گذاری خود را به نام Chrysalix تأسیس کرد و از سال ۲۰۰۸ ده‌ها میلیون دلار در شرکت General Fusion کانادا سرمایه گذاری کرده است. به گفته وی، از نظر تاریخی صنعت همجوشی هزینه بسیار زیادی برداشته است که تا حدی به این دلیل است که پول هنگفتی خرج ITER شده است. اما این وضعیت در حال تغییر است.

من می‌بینم که سرمایه گذاران بیشتری در حال ورود به این صنعت هستند، و مردم شروع به درک این موضوع می‌کنند که این یک فناوری بسیار بزرگ است و دیگر چیزی نیست که ممکن است تا سال ۲۰۵۰ کار کند یا نه.

دکتر ون لیروپ اشاره می‌کند سود بالقوه آن بسیار زیاد است. بازار جهانی برق، سالانه حدود ۳ تریلیون دلار ارزش دارد و همچنان رو به گسترش است. اگر این پروژه همجوشی موفقیت آمیز باشد، راه را برای بزرگترین گذار صنعتی که تاکنون دیده‌ایم، باز می‌‍کند. دکتر بریتلز اذعان دارد که هنوز کارهای مهندسی زیادی برای انجام دادن وجود دارد، اما او به بازدهی این پروژه اطمینان دارد.

ما سخت در تلاشیم تا با بسیاری از چالش‌ها که در هر نقطه ممکن است ما را از پا در بیاورد، مقابله کنیم.

عربستان در راه تبدیل شدن به غول انرژی خورشیدی جهان

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

فقط نام را وارد کنید. نیازی به ثبت ایمیل نیست.

بیست − 13 =

دکمه بازگشت به بالا