آیا استفاده از همجوشی هسته‌ای نزدیک‌تر از هر زمان دیگری است؟

همجوشی یا گداخت هسته‌ای، واکنشی میان دو هسته اتمی است که آن دو به هم می‌پیوندند و هسته‌ای سنگین‌تر را می‌سازند. خورشید به یمن واکنش‌های همجوشی‌هایی که در آنها هسته‌های هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند، پرتوافشانی می‌کند.

از آنجایی که همه هسته‌ها دارای بار مثبت الکتریکی هستند، همجوشی به‌طور معمول تنها در درجه حرارت‌های بسیار بالا در حد میلیون‌ها درجه سانتی‌‌گراد رخ می‌دهد، یعنی در شرایطی که برخوردهای میان هسته‌ها آن‌قدر پرانرژی است که بر نیروی دافعه الکتریکی میان دو هسته غلبه کند.

به خاطر این ضرورت درجه حرارت بالا، رآکتورهای همجوشی هسته‌ای تا به حال ساخته نشده‌اند، اما تجربیات اکنون در زمینه قراردادن گاز هیدروژن بسیار داغ یونیزه در معرض میدان‌های مغناطیسی قوی یا لیزرهای قدرتمند است، صورت می‌گیرد. گفتنی است بریتانیا، فرانسه، ایالات متحده و ژاپن از جمله کشورهایی هستند که روی به‌کارگیری و استفاده از همجوشی یا گداخت هسته‌ای کار می‌کنند.

در همین ارتباط، تولید انرژی از طریق گداخت هسته‌ای بسیار وسوسه‌انگیز به‌نظر می‌رسد؛ چراکه در این شیوه از تولید انرژی با معضل تولید گازهای سمی گلخانه‌ای و زباله‌های هسته‌ای روبه‌رو نخواهیم بود و این تکنولوژی جدید و حساس در صورت رسیدن به یک سرانجام مشخص می‌تواند منابع بی‌پایانی از انرژی را برای ما به ارمغان آورد. اما فراموش نکنیم که هر پیشرفتی در تکنولوژی لزوما یک پیشرفت سرشار از منفعت نخواهد بود، مشکل عمده تولید انرژی از طریق همجوشی هسته‌ای هزینه تمام‌شده بسیار بالای آن در مقایسه با سوخت‌های فسیلی نظیر زغال سنگ و گاز طبیعی است.

اما هم‌اکنون مهندسان دانشگاه واشنگتن رآکتوری را به منظور همجوشی هسته‌ای طراحی کرده و توسعه داده‌اند که هزینه تمام‌شده آن از یک نیروگاه که با سوخت زغال سنگ کار می‌کند کمتر بوده و می‌تواند به همان میزان انرژی تولید کند. اندازه رآکتور طراحی شده فعلی برای تولید نیروی الکتریسیته بسیار کوچک است ولی تیم طراحی این پروژه معتقد است که می‌تواند رآکتوری بزرگ و مناسب برای تولید الکتریسیته طراحی کند.

در این باره، توماس جاربو، استاد هوافضای دانشگاه واشنگتن در گفت‌وگو با بخش خبری این دانشگاه اعلام کرد: در حال حاضر این نمونه طراحی‌شده در این دانشگاه، ظرفیت تولید نیروی کاملا اقتصادی را از طریق همجوشی هسته‌ای داراست.

مهندسانی که در این پروژه فعالیت داشته‌اند اخیرا جزئیات طرح خود را به همراه پیش‌بینی هزینه‌های احتمالی طرح‌شان در ژورنال طراحی انرژی از طریق همجوشی ارائه کرده و دستاوردهایشان را در کنفرانس انرژی حاصل از همجوشی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در سن‌پترزبورگ روسیه نیز نمایش دادند.

گفتنی است کار روی این رآکتور که «داینوماک» نام گرفته است، در سال 2012 و در قالب یک پروژه دانشجویی و در واحد درسی که توسط پروفسور جاربو تدریس شد، آغاز و سپس پروفسور جاربو و یک دانشجوی مقطع دکتری به نام درِک ساترلند کار روی این پروژه را به منظور توسعه آن آغاز کردند.

برنامه آنها ایجاد یک میدان مغناطیسی در یک محیط بسته شامل پلاسما - گاز هیدروژن غنی از اتم باردار الکتریکی است که به اندازه کافی بلند بوده و برای گرم کردن پلاسما به درجه حرارت شدید مورد نیاز برای حفظ شرایط (گرمای هسته‌ای) مناسب باشد. این گرمای شدید سپس به یک سیال خنک‌کننده که یک توربین را برای تولید الکتریسیته به چرخش در می‌آورد منتقل می‌شود.

گفتنی است طراحی این رآکتور به‌گونه‌ای است که بیشتر میدان مغناطیسی خود را از طریق تبدیل جریان‌های الکتریکی به پلاسما ایجاد می‌کند که به کاهش مواد مورد نیاز برای تولید و نگهداری گرما و حرارت هسته‌ای برای ایجاد همجوشی منجر شده و به آن وسیله سایز رآکتور هسته‌ای مورد نیاز کاهش می‌یابد. تیم طراحی که تحت نظر جاربو فعالیت می‌کند می‌گوید: رآکتور جدید یک پیشرفت قابل توجه نسبت به رآکتور طراحی شده قبلی این گروه که هم‌اکنون در فرانسه در حال تولید است محسوب می‌شود. رآکتور قبلی این گروه بزرگ‌تر از رآکتور جدیدی است که توسط این گروه طراحی شده است چراکه به یک لوله آبرسانا و زغال سنگ در خارج از محیط رآکتور نیاز است تا میدان مغناطیسی لازم را تولید کند.

نکته قابل تامل اما در این میان آن است که به دلیل اندازه کوچک‌تر رآکتور جدید طراحی شده توسط گروه مهندسان دانشگاه واشنگتن، این رآکتور کمتری به مواد مورد نیاز برای ایجاد همجوشی هسته‌ای نیاز داشته و به همین دلیل هزینه‌های آن تنها یک‌دهم رآکتور فرانسوی است و در عین حال پنج برابر بیشتر از آن انرژی تولید می‌کند.

برای روشن شدن ابعاد مختلف اقتصادی این پروژه، گروه طراحی رآکتور دانشگاه واشنگتن تحلیل و مقایسه خود را از هزینه‌های یک نیروگاه که با همجوشی هسته‌ای تولید نیرو کرده و نیروگاه‌های زغال سنگی منتشر کرده‌اند. بنابر اعلام این گروه، هزینه ساخت یک نیروگاه زغال‌سنگی بالغ بر دو میلیارد و هشتصد میلیون دلار بوده، درحالی‌که ساخت نیروگاهی که با استفاده از همجوشی هسته‌ای انرژی تولید می‌کند، مقداری کمتر بوده و رقم دو میلیارد و هفتصد میلیون دلار را نشان می‌دهد.

ساترلند در همین باره می‌گوید: اگر در این شیوه روی تولید انرژی از طریق همجوشی یا گداخت هسته‌ای سرمایه‌گذاری کنیم، ساخت یک رآکتور با توجه به طراحی فعلی رآکتور دانشگاه واشنگتن از هم‌اکنون اقتصادی و به‌صرفه به نظر می‌رسد.