استادان دانشگاه كارلتون :
دهه ها زمان لازم است تا هم جوشی هسته ای را به انرژی پاک تبدیل کنیم
مداربسته: 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 مداربسته 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، بیش از میزان انرژی مورد نیاز برای مشتعل کردن آن بود. بااینکه این یک دستاورد واقعا تاریخ ساز بشمار می رود اما مهمست 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 خودرا پیرامون پیشرفت در عرصه هم جوشی هسته ای ارایه داده 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 حقیقت به حدود ۳۰۰ مگاژول انرژی ورودی نیاز دارد که در محاسبه بهره انرژی لحاظ نشده است. این انرژی ورودی که برای تامین انرژی ۱۹۲ لیزر مورد نیاز بود، از شبکه برق تامین 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 مورد در مورد شکافت هسته ای که واکنشی در نیروگاه های هسته ای فعلی بشمار می رود نیز 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 تولید شده را به شکل های سودمندتر تبدیل کند.
این همان کاری است که نیروگاه های هسته ای انجام می دهند. آنها گرمای تولید 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 خودرا دارد.
افزایش مقدار اورانیوم مصرف شده در ناوگان فعلی ما امکان پذیر است و یک حوزه کاری مداوم بشمار می رود 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 کاهش پیدا می کند.
از علم تا مهندسی
تا همین اواخر، هم جوشی عمدتاً به عنوان یک آزمایش علمی تلقی می شد؛ نه به عنوان 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 فعلی هم جوشی روبه رو است، می توانیم اطلاعات زیادی را از تاریخچه آن بیاموزیم. قبل از این که کار صنعت تجاری شروع 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، خوش بینی در مورد بیانیه هایی بود در خصوص این که فناوری پیشرفت می کند و می تواند نیاز ما به مقادیر بیش از پیش 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 شروع 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 بجای آب غنی شده با ایزوتوپ هیدروژن استفاده می نمایند، نمونه ای از این موارد هستند. آنها بدین سبب انتخاب نشدند که مطلوب ترین بودند، بلکه دلیلهای دیگری برای انتخاب آنها وجود داشت.
یکی از این دلیلهای، یارانه های دولتی است که به نفع این طرح ها بوده اند. از میان عوامل دیگر می توان 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 گزینه های 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 تا حالا 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، بیش از هزینه ساخت واحدهای کوچک تر است. به عبارت دیگر، مهندسان مفهوم صرفه جویی در مقیاس را اشتباه فهمیدند و صنعت خودرا در این پروسه 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 می توان مدیریت کرد اما بطور معمول 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 نیز 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 ممکنست شدید باشند.
چهارمین مورد، انتخاب کردن مکان برای نیروگاه های جدید و پذیرش جامعه است که یک موضوع کلیدی محسوب می شود. مزیت هم جوشی نسبت به شکافت این است 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 مورد در مورد نحوه انتخاب کردن صنعت برای مقابله با چالش زباله نیز درست است. رآکتورهای هم جوشی، مقادیر زیادی ضایعات تولید می کنند؛ بااینکه 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 می توان 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، شرکت های برق و کارآفرینان برای تامین 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 مختلف همچون شرکت های خصوصی درحال انجام شدن هستند. قبل از این که هم جوشی بتواند بطور 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: newcctv.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب