آیا نوترون‌ها عملکرد آهنربا‌های ابررسانا در یک نیروگاه همجوشی را به خطر می‌اندازند؟

آهنربا‌های ابررسانا با دمای بالا ساخته شده از REBCO ایجاد یک میدان مغناطیسی شدید را ممکن می‌سازد که می‌تواند پلاسمای بسیار داغ مورد نیاز برای واکنش‌های همجوشی را محدود کند، که دو اتم هیدروژن را برای تشکیل اتم هلیوم ترکیب می‌کند و در این فرآیند یک نوترون آزاد می‌کند.

کد خبر: ۱۲۳۴۳۹۳

يکشنبه - ۱۲ اسفند ۱۴۰۳ / March 02, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، آهنربا‌های ابررسانا با دمای بالا ساخته شده از REBCO، مخفف اکسید مس باریم خاکی کمیاب، ایجاد یک میدان مغناطیسی شدید را ممکن می‌سازد که می‌تواند پلاسمای بسیار داغ مورد نیاز برای واکنش‌های همجوشی را محدود کند، که دو اتم هیدروژن را برای تشکیل اتم هلیوم ترکیب می‌کند و در این فرآیند یک نوترون آزاد می‌کند.

اما برخی از آزمایش‌های اولیه نشان دادند که تابش نوترون در یک نیروگاه همجوشی ممکن است فوراً توانایی آهن‌ربا‌های ابررسانا را برای حمل جریان بدون مقاومت (به نام جریان بحرانی) سرکوب کند و به طور بالقوه باعث کاهش توان خروجی همجوشی شود.

اکنون، مجموعه‌ای از آزمایش‌ها به وضوح نشان داده‌اند که این اثر آنی بمباران نوترونی، که به عنوان «پرتو در اثر» شناخته می‌شود، نباید در طول عملیات راکتور مشکل‌ساز باشد، بنابراین مسیر پروژه‌هایی مانند سیستم همجوشی ARC در حال توسعه توسط شرکت اسپین‌آف MIT Commonwealth Fusion Systems باز می‌شود.

این یافته‌ها در مجله علوم و فناوری ابررسانا، در مقاله‌ای توسط الکسیس دویتر، دانشجوی فارغ التحصیل MIT و استادان مایکل شورت، دنیس وایت، و زکری هارتویگ به همراه شش نفر دیگر گزارش شده است.

شرت توضیح می‌دهد: هیچ‌کس واقعاً نمی‌دانست که آیا این یک نگرانی است یا خیر. او با نگاه کردن به این یافته‌های اولیه به یاد می‌آورد: گروه ما فکر می‌کرد، مرد، کسی باید واقعاً به این موضوع نگاه کند. اما اکنون، خوشبختانه، نتیجه مقاله این است: قطعاً این موضوع نگران کننده نیست.

مشکل احتمالی ابتدا در طول برخی از آزمایشات اولیه نوار‌های REBCO که برای استفاده در سیستم ARC برنامه ریزی شده بودند، به وجود آمد. دیویتر به یاد می‌آورد: من می‌توانم شبی را به یاد بیاورم که برای اولین بار آزمایش را انجام دادیم. همه ما در آزمایشگاه شتاب دهنده، در زیرزمین بودیم. این یک شوک بزرگ بود، زیرا ناگهان اندازه‌گیری که ما به آن نگاه می‌کردیم، جریان بحرانی، زمانی که تحت شرایط تشعشع اندازه‌گیری شد (تقریباً شرایط سیستم همجوشی)، به طور ناگهانی ۳۰ درصد کاهش یافت، برخلاف زمانی که فقط پس از تابش اندازه‌گیری می‌شد.

شرت می‌گوید: قبل از آن، محققان نوار‌های REBCO را تحت تابش قرار داده و سپس آنها را آزمایش کرده بودند. او می‌گوید: ما این ایده را داشتیم که در حین پرتودهی، اندازه‌گیری کنیم، وقتی راکتور واقعاً روشن است، اندازه‌گیری کنیم. "و سپس ما این تفاوت عظیم را مشاهده کردیم، و فکر کردیم، اوه، این یک چیز بزرگ است. اگر در حال طراحی یک راکتور هستید، این حاشیه‌ای است که می‌خواهید درباره آن بدانید.

پس از یک سری آزمایش‌های دقیق کالیبره‌شده، مشخص شد که افت جریان بحرانی به هیچ وجه ناشی از تابش نیست، بلکه فقط اثر تغییرات دما است که توسط پرتو پروتون مورد استفاده برای آزمایش‌های تابش ایجاد می‌شود. شورت می‌گوید این چیزی است که عاملی برای یک کارخانه همجوشی واقعی نیست.

دیویتر می‌گوید: ما آزمایش‌ها را بار‌ها تکرار کردیم و حدود هزار نقطه داده جمع‌آوری کردیم. آنها سپس تجزیه و تحلیل آماری دقیقی را انجام دادند تا نشان دهند که تأثیرات دقیقاً یکسان است، در شرایطی که ماده فقط گرم می‌شود مانند زمانی که هم گرم می‌شود و هم تابش می‌شود.

این احتمال را که سرکوب آنی جریان بحرانی ربطی به «پرتو در اثر» داشته باشد، حداقل در حد حساسیت آزمایش‌های آنها منتفی می‌کند. شورت می‌گوید: آزمایش‌های ما کاملاً حساس هستند. ما هرگز نمی‌توانیم بگوییم هیچ تأثیری وجود ندارد، اما می‌توانیم بگوییم که تأثیر مهمی وجود ندارد.

برای انجام این آزمایشات نیاز به ساختن یک مرکز ویژه برای این منظور است. تنها تعداد کمی از این امکانات در جهان وجود دارد. او می‌گوید: همه آنها ساخت‌های سفارشی هستند، و بدون این، ما نمی‌توانستیم پاسخ آن را پیدا کنیم.

این یافته که این موضوع خاص برای طراحی نیروگاه‌های همجوشی نگران کننده نیست «قدرت نتایج منفی را نشان می‌دهد. اگر بتوانید به طور قطعی ثابت کنید که چیزی اتفاق نمی‌افتد، می‌توانید دانشمندان را از هدر دادن وقت خود برای شکار چیزی که وجود ندارد، بازدارید؛ و در این مورد، شورت می‌گوید: «شما می‌توانید به شرکت‌های فیوژن بگویید: «شاید فکر می‌کردید این اثر واقعی است، اما ما ثابت کرده‌ایم که اینطور نیست، و می‌توانید آن را در طرح‌های خود نادیده بگیرید.» بنابراین این یک خطر دیگر برای بازنشستگی است.

Devitre می‌گوید: این می‌تواند برای نه تنها Commonwealth Fusion Systems بلکه برای چندین شرکت دیگر که طراحی کارخانه‌های همجوشی را نیز دنبال می‌کنند تسکین دهد. یک دسته وجود دارد؛ و این فقط شرکت‌های همجوشی نیستند. موضوع مهم تخریب بلندمدت REBCO وجود دارد که طی سال‌ها یا دهه‌ها اتفاق می‌افتد، که گروه در حال حاضر در حال بررسی آن است. دیگران به دنبال استفاده از این آهنربا‌ها برای رانشگر‌های ماهواره‌ای و شتاب دهنده‌های ذرات برای مطالعه فیزیک زیراتمی هستند، جایی که این اثر نیز می‌تواند نگران کننده باشد. دیویتر می‌گوید، با همه این کاربردها، «اکنون یک چیز کمتر نگران‌کننده است.

تیم تحقیقاتی همچنین شامل دیوید فیشر، کوین وولر، ماکسول رائه، لورین کورتمن و زوئی فیشر در MIT و N. Riva در Proxima Fusion در آلمان بودند. این تحقیق توسط Eni SpA از طریق MIT Energy Initiative پشتیبانی شد.