استادان دانشگاه كارلتون :
دهه ها زمان لازم است تا هم جوشی هسته ای را به انرژی پاک تبدیل کنیم
به گزارش لینک بگیر، گروهی از استادان «دانشگاه کارلتون» در یک مقاله نوشتند که برای تبدیل کردن هم جوشی هسته ای به انرژی پاک، دهه ها زمان مورد نیاز است.
به گزارش لینک بگیر به نقل از ایسنا و به نقل از استادی فایندز، «وزارت انرژی آمریکا»(DOE) در دسامبر ۲۰۲۲ یک پیشرفت علمی بزرگ را در علم هم جوشی هسته ای گزارش کرد. برای نخستین بار، انرژی آزاد شده از واکنش همجوشی، بیشتر از میزان انرژی مورد نیاز برای مشتعل کردن آن بود. باآنکه این یک دستاورد واقعا تاریخ ساز به حساب می آید اما مهم می باشد که در راه پیش رو برای انرژی همجوشی تأمل نماییم.
استادان مهندسی انرژی پایدار و تجدیدپذیر «دانشگاه کارلتون»(Carleton University) در یک مقاله جدید، نظرات خویش را پیرامون پیشرفت در حوزه هم جوشی هسته ای عرضه کرده اند. اگر مایل هستید در مورد نظرات آنها بدانید، با این گزارش همراه باشید.
این گروه پژوهشی در مقاله خود نوشتند: ما در دانشگاه کارلتون، پیرامون فناوری ها و سیستم های انرژی جایگزین تحقیق می نماییم که می توانند ما را به آینده ای با کربن کم سوق دهند. همچنین، ما به دانشجویان خود یاد می دهیم که چگونه از یافته های آزمایشگاهی به سمت برنامه های کاربردی جهان واقعی حرکت کنند.
کارآیی یک نیروگاه انرژی هم جوشی باید دیده شود. بهره خالص هم جوشی گزارش شده در واقع به حدود ۳۰۰ مگاژول انرژی ورودی نیاز دارد که در محاسبه بهره انرژی لحاظ نشده است. این انرژی ورودی که برای تأمین انرژی ۱۹۲ لیزر مورد نیاز بود، از شبکه برق تأمین می شد. به عبارت دیگر، در این آزمایش به اندازه یک خانواده معمولی کانادایی در دو روز انرژی مصرف شد. با انجام دادن این کار، واکنش هم جوشی می تواند انرژی کافی را برای روشن کردن ۱۴ لامپ رشته ای به مدت یک ساعت تولید نماید.
همین مساله در مورد شکافت هسته ای که واکنشی در نیروگاه های هسته ای کنونی به حساب می آید هم درست است. شکافت کامل یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ می تواند حدود ۷۷ تراژول انرژی تولید نماید اما ما نمی توانیم همه آن انرژی را به شکل های سودمندی مانند گرما و برق تبدیل نماییم. در عوض، ما باید یک سیستم پیچیده را مهندسی نماییم که بتواند واکنش زنجیره ای شکافت هسته ای را تحت کنترل درآورد و انرژی ساخته شده را به شکل های سودمندتر تبدیل کند.
این همان کاری است که نیروگاه های هسته ای انجام می دهند. آنها گرمای ساخته شده طی واکنش های شکافت هسته ای را برای تولید بخار مهار می کنند. این بخار، یک توربین متصل به یک ژنراتور برق را به حرکت درمی آورد. بازدهی کلی چرخه، کمتر از ۴۰ درصد است.
علاوه بر این، همه اورانیوم موجود در سوخت سوزانده نمی گردد. سوخت مورد استفاده هنوز حدود ۹۶ درصد از کل اورانیوم و حدود یک پنجم محتوای اورانیوم ۲۳۵ شکافت پذیر خویش را دارد.
افزایش مقدار اورانیوم مصرف شده در ناوگان کنونی ما امکان پذیر است و یک حوزه کاری مداوم به حساب می آید اما چالش های مهندسی قابل توجهی را به همراه دارد. پتانسیل بزرگ انرژی سوخت هسته ای هم اکنون به خاطر چالش های مهندسی تبدیل کردن انرژی به شکل سودمند کاسته می شود.
از علم تا مهندسی
تا همین اواخر، هم جوشی عموما بعنوان یک آزمایش علمی تلقی می شد؛ نه بعنوان یک چالش مهندسی. این شرایط به سرعت درحال تغییر است و تنظیم کننده ها حالا درحال بررسی چگونگی استقرار آن در جهان واقعی هستند.
صرف نظر از کارآیی یک نیروگاه هم جوشی آینده، انتقال انرژی از علوم پایه به جهان واقعی، نیازمند غلبه کردن بر خیلی از چالش ها است. از آنجائیکه شکافت با خیلی از چالش های کنونی هم جوشی روبه رو است، می توانیم اطلاعات زیادی را از تاریخچه آن بیاموزیم. پیش از این که کار صنعت تجاری آغاز شود، شکافت باید از علم به مهندسی حرکت نماید.
علم انرژی هم جوشی مانند شکافت هسته ای در کوشش برای توسعه سلاح های هسته ای ریشه دارد. چندین فیزیک دان هسته ای که به ساخت بمب هسته ای کمک کردند، می خواستند ثابت کنند که این کشف فقط یک سلاح نیست.
تاریخ اولیه انرژی هسته ای، خوشبینی در مورد بیانیه هایی بود در خصوص این که فناوری پیشرفت می کند و می تواند نیاز ما به مقادیر روز افزون انرژی را برآورده سازد. در نهایت، بیانیه ها گفتند که قدرت هم جوشی می آید و برق بسیار ارزان تر از آن می شود که بخواهیم آنرا اندازه گیری نماییم.
درس های آموخته شده
در طول ۷۰ سالی که از زمان آغاز انرژی هسته ای گذشته است، چه آموخته ایم؟ نخست اینکه ما در مورد خطر بالقوه ویران گر قفل شدن فناوری آموخته ایم. این شرایط زمانی رخ می دهد که یک صنعت به یک محصول یا سیستم ویژه وابسته می شود.
رآکتورهای شکافت آب سبک امروزی که از آب معمولی به جای آب غنی شده با ایزوتوپ هیدروژن استفاده می نمایند، نمونه ای از این موارد هستند. آنها به این علت انتخاب نشدند که مطلوب ترین بودند، بلکه علل دیگری برای انتخاب آنها وجود داشت.
یکی از این علل، یارانه های دولتی است که به نفع این طرح ها بوده اند. از میان عوامل دیگر میتوان به علاقه «نیروی دریایی آمریکا»(USN) به توسعه رآکتورهای آب در مقیاس کوچک تر برای زیردریایی ها و کشتی های جنگی روی سطح آب، پیشرفت در فناوری غنی سازی اورانیوم در نتیجه برنامه تسلیحات هسته ای آمریکا، عدم قطعیت در مورد هزینه های هسته ای و محافظه کاری در مورد انتخابهای طراحی به خاطر هزینه ها و خطرات در رابطه با توسعه انرژی هسته ای اشاره نمود. استادان دانشگاه کارلتون خاطرنشان کردند: ما از آن زمان تابحال در تلاش بوده ایم تا به سمت فناوری های دیگر برویم.
آنها در ادامه نوشتند: دوم این که ما یاد گرفته ایم اندازه رآکتورها مهم می باشد. هزینه ساخت راکتورهای بزرگ در هر واحد، بیشتر از هزینه ساخت واحدهای کوچک تر است. به عبارت دیگر، مهندسان مفهوم صرفه جویی در مقیاس را اشتباه فهمیدند و صنعت خویش را در این فرایند محکوم کردند.
پروژه های زیرساختی بزرگ، سیستم های بسیار پیچیده ای هستند که به تعداد زیادی از نیروهای کار و هماهنگی آنها تکیه دارند. این پروژه ها را میتوان مدیریت کرد اما معمولاً از بودجه فراتر می روند و از برنامه عقب می مانند. فناوری های ماژولار مقرون به صرفه تر، کنترل هزینه و صرفه جویی بهتری را نشان می دهند اما رآکتورهای هسته ای کوچک هم از نظر اقتصادی با چالش روبه رو خواهند شد.
سوم اینکه نیروهای نظارتی باید برای ادغام وجود داشته باشند. اگر صنعت خیلی سریع پیرامون یک طراحی نسل اول ادغام شود، نتایج آن برای تنظیم کردن رآکتورهای آینده امکان دارد شدید باشند.
چهارمین مورد، انتخاب کردن مکان برای نیروگاه های جدید و پذیرش جامعه است که یک مبحث کلیدی به حساب می آید. مزیت هم جوشی نسبت به شکافت اینست که افکار عمومی در مورد فناوری آن، بیشتر یک لوح خالی هستند. ارتباط مثبت مردم با هم جوشی باید با تصمیم گیری در مورد طراحی محتاطانه و در پیش گرفتن بهترین شیوه ها برای مشارکت جامعه حفظ شود.
همین مساله در مورد نحوه انتخاب کردن صنعت برای مقابله با چالش زباله هم درست است. رآکتورهای هم جوشی، مقادیر زیادی ضایعات تولید می کنند؛ باآنکه مشابه ضایعات شکافت نیست.
یک فراخوان برای اقدام کردن
در ادامه مقاله آمده است: تحقیقات ما در مورد نوآوری انرژی هسته ای نشان می دهند که میتوان بر چالش های پیش روی هم جوشی هسته ای غلبه کرد اما این چالش ها به سرپرستی محتاطانه، دهه ها پژوهش، مقادیر قابل توجهی بودجه و تمرکز کردن بر توسعه فناوری نیاز دارند. میلیاردها دلار برای پیشرفت فناوری شکافت هسته ای مورد نیاز است و ما تجربه بسیار بیشتری را در مورد شکافت نسبت به هم جوشی داریم. اشتهای دولت ها، شرکتهای برق و کارآفرینان برای تأمین مالی باید نشان داده شود.
وعده هم جوشی، بسیار بزرگ است و برای پیشبرد آن فراتر از پیشرفت اخیر، کارهای هیجان انگیزی توسط بخش های متعدد همچون شرکتهای خصوصی درحال انجام شدن هستند. قبل از این که هم جوشی بتواند به صورت معنادار به سیستم انرژی ما کمک نماید، دهه ها پژوهش و توسعه مورد نیاز است.
استادان دانشگاه کارلتون تاکید کردند: پیام اصلی ما یک فراخوان برای اقدام کردن است. مهندسان هم جوشی، پژوهشگران، صنعت و دولت باید جهت بررسی کردن و کاهش دادن چالش های پیش روی هم جوشی، همچون در طراحی نسل اول نیروگاه ها، سازمان دهی شوند.
این مقاله، در مجله «The Conversation» به چاپ رسید.
منبع: لینك بگیر
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب