انژکتور گلوله‌ای، رکورد تازه‌ای در همجوشی هسته‌ای رقم زد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک انژکتور قرص سوخت جدید که توسط محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) توسعه داده شده است، دستاورد برجسته‌ای را در تلاش برای دستیابی به انرژی همجوشی امکان‌پذیر کرده است.
سیستم تزریق پرسرعت، کلید آزمایش رکوردشکن اخیر در استلاراتور وندلشتاین ۷-ایکس (W۷-X) در گریفسوالد آلمان بود، جایی که دانشمندان پلاسمایی با عملکرد بالا را به مدت بی‌سابقه ۴۳ ثانیه حفظ کردند.
این نتیجه نشان‌دهنده‌ی پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات انرژی همجوشی است، جایی که هدف اصلی، حفظ شرایط لازم برای افزایش خالص انرژی است.
معیار اصلی برای این امر، «حاصل ضرب سه‌گانه» همجوشی است که سه متغیر را با هم ترکیب می‌کند: دمای یون پلاسما، چگالی آن و زمان حبس انرژی آن. برای مؤثر بودن، هر سه شرط باید به طور همزمان در دوره‌های طولانی حاصل و حفظ شوند.
حفظ حاصلضرب سه‌گانه یک چالش فنی قابل توجه است. آزمایش‌های همجوشی اغلب در یک یا دو مورد از حوزه‌های مورد نیاز برای لحظات کوتاهی به مقادیر بالایی رسیده‌اند، اما حفظ هر سه به طور همزمان دشوار است.
رفع محدودیت W۷-X
وندلشتاین ۷-ایکس، بزرگترین دستگاه همجوشی از نوع استلاراتور جهان، پیش از این توانایی خود را در تولید پلاسما در دما‌های بسیار بالا که برای همجوشی مورد نیاز است، نشان داده است.
این نوعی دستگاه همجوشی است که از میدان‌های مغناطیسی پیچ‌خورده برای محدود کردن پلاسما در یک محفظه دونات شکل استفاده می‌کند. این دستگاه با توکامک که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته و از طراحی مغناطیسی ساده‌تری استفاده می‌کند، متفاوت است. با این حال، یک محدودیت کلیدی وجود دارد.
استیو مایتنر، مهندس ORNL، خاطرنشان کرد: «دستگاه W۷-X قبلاً برای مدت کوتاهی به عملکرد بالایی دست یافته بود، اما آنها نمی‌توانستند آن را در چگالی پلاسمای بالا حفظ کنند.» بدون چگالی و محصورسازی کافی، انرژی پلاسما خیلی سریع از بین می‌رود.
سیستم سوخت‌رسانی مداوم پلت طراحی‌شده توسط ORNL برای رسیدگی به این مشکل خاص توسعه داده شد.
تأمین سوخت بیشتر برای هسته
محققان توضیح دادند: «سیستم سوخت‌رسانی گلوله‌ای ORNL که برای دستگاه W۷-X طراحی شده است، جریانی پیوسته و پرسرعت از گلوله‌های هیدروژن جامد را تزریق می‌کند - که در دمای ۱۲ درجه بالای صفر مطلق تشکیل شده‌اند.»
این گلوله‌های یخ‌زده با استفاده از یک پالس پرفشار گاز هلیوم شتاب می‌گیرند و آنها را به اعماق هسته پلاسمای ۳۰ میلیون درجه‌ای استلاریتور تزریق می‌کنند.
این روش سوخت‌رسانی عمیق در مقایسه با دمیدن گاز از لبه‌ی مخزن، در افزایش چگالی هسته‌ی پلاسما مؤثرتر است.
در یک بیانیه مطبوعاتی تأکید شده است: «این روش، سوخت بیشتری را نسبت به سایر رویکرد‌های سوخت‌رسانی به هسته پلاسما می‌رساند و چگالی پلاسما را بالاتر نگه می‌دارد، که در استلاریتور‌ها نیز نقش منحصر به فردی در بهبود محصورسازی انرژی پلاسما ایفا می‌کند.»
برای یک استلاراتور که از میدان‌های مغناطیسی پیچیده و سه‌بعدی برای مهار پلاسما استفاده می‌کند، این افزایش چگالی، محصورسازی انرژی را نیز بهبود می‌بخشد. این اثر ترکیبی باعث شد که حالت عملکرد بالا برای مدت زمان رکورد حفظ شود.
اعتبارسنجی مفهوم استلاریتور
نتایج، داده‌های ارزشمندی را برای اعتبارسنجی مفهوم استلاریتور به عنوان یک طرح بالقوه برای یک نیروگاه همجوشی هسته‌ای در آینده ارائه می‌دهد.
پیش از این، در ماه مه امسال، در تأسیسات وندلشتاین ۷-ایکس در آلمان، دانشمندان رکورد جهانی را برای حفظ پلاسمای همجوشی با عملکرد بالا در مدت زمان طولانی ثبت کردند.
پروفسور دکتر توماس کلینگر، رئیس عملیات وندلشتاین ۷-ایکس، در آن زمان گفت: «رکورد جدید دستاورد فوق‌العاده‌ای برای تیم بین‌المللی است.»