خب بذار از یه خبر داغ برات بگم که تو دنیای انرژی هسته‌ای کلی سروصدا کرده! دانشمندها تو مرکز ملی فیوژن آمریکا به اسم DIII-D یه کشف جدید داشتن که حسابی امیدوارکننده‌ست، مخصوصاً برای ساخت نیروگاه‌های فیوژن آینده.
موضوع چیه؟ اونا توی آزمایش‌هاشون شکل جدیدی از پلاسما رو امتحان کردن که بهش میگن “Negative Triangularity” یا همون “مثلثی منفی”. حالا اگه برات سوال شده، پلاسما چیه؟ پلاسما همون حالت چهارم ماده‌ست که در کنار جامد، مایع و گاز داریمش، یعنی وقتی یک گاز اونقدر گرم میشه که الکترون‌هاش از اتم جدا میشن و همه چی حسابی شارژ می‌مونه.
حالا تو دستگاهی به اسم “توکاماک” (یعنی دستگاهی که با میدان مغناطیسی خیلی قوی، پلاسما رو کنترل و شکل میده تا ذرات توش به هم جوش بخورن و انرژی آزاد کنن) معمولاً شکل پلاسما یه حالت D مانند داره. ولی این گروه اومدن یه روش جدید زدن و شکل پلاسما رو برعکس کردن، یعنی خمیدگی دیگه سمت دیواره داخلی توکاماکه. تصور کن یه D وارونه!
با اینکه قبلاً فکر می‌کردن این نوع شکل ناپایدارتر از شکل کلاسیکه، ولی تو آزمایش‌های ۲۰۲۳ تو همین DIII-D نتیجه کاملاً برعکس دراومد! پلاسما نه تنها خیلی پایداره، بلکه فشار، چگالی، و جریان بالایی داشت و خیلی خوب هم گرما رو نگه می‌داشت. این موضوع برای هرکی که دنبال ساختن نیروگاه فیوژن اقتصادی و عملی باشه، یه نعمته!
یه توضیح ریز: فیوژن هسته‌ای یعنی همون فرایندی که توی خورشید اتفاق می‌افته، دو هسته اتمی با هم ترکیب میشن و کلی انرژی آزاد میشه؛ اگر بتونیم همین کار رو روی زمین کنترل کنیم، عملاً انرژی بی‌پایان خواهیم داشت!
یه چالش بزرگ تو توکاماک‌ها همیشه این بوده که مرکز پلاسما باید خیلی داغ بمونه تا واکنش فیوژن انجام بشه، اما نباید لبه‌هاش اونقدر داغ بشه که دیواره دستگاهو بسوزونه! اینجا “اتصال مرکزی-لبه” یا “core-edge integration” یعنی چطور مرکز داغ و لبه خنک رو با هم داشته باشیم. با این پیکربندی جدید (همون مثلثی منفی)، برای اولین‌بار تونستن لایه‌ای خنک‌تر دور لبه پلاسما درست کنن و همزمان پلاسما بدون بی‌ثباتی بمونه.
تو همین راستا، شرایطی به اسم “divertor detachment” هم ایجاد میشه؛ یعنی پلاسمایی که نزدیک‌ترین فاصله رو با دیواره داره حسابی سردتر میشه و گرمای کمتری به دستگاه منتقل میشه. اینطوری دیواره کمتر آسیب می‌بینه. Divertor detachment یعنی همون جداسازی لایه داغ از برخورد زیاد با دیواره.
داستان اینجا تموم نمیشه! یکی از نقاط قوت این پیکربندی منفی اینه که می‌تونه بی‌ثباتی پلاسما رو حسابی کنترل کنه. بی‌ثباتی‌ها معمولاً باعث میشن ذرات و انرژی از پلاسما بیرون بزنه و واسه دیواره هم خطرناکه. حالا این مدل جدید مثل یه سپر عمل می‌کنه و جلوی این مشکلات رو خیلی بهتر می‌گیره.
برگ برنده دیگه اینکه سال ۲۰۲۴ تو دانشگاه سوییا (Sevilla) اسپانیا، اولین راکتور واقعی دنیا با همین شکل مثلثی منفی به اسم SMART تقریباً اولین پلاسماش رو تولید کرد! یعنی این ایده فقط تو آزمایشگاه نیست و داره کم‌کم وارد فاز عملیاتی میشه.
در آخر، دانشمندها میگن همه این ویژگی‌ها نشون میده که شکل پلاسما با مثلثی منفی می‌تونه آینده نیروگاه‌های فیوژن رو حسابی متحول کنه و دارن با شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌تر روش کار می‌کنن تا مطمئن شن که برای نیروگاه‌های فردا هم جواب میده.
خلاصه اگه رویا داری یه روز برق تموم‌نشدنی و پاک داشته باشیم، بدون که این کشف توی مسیر فیوژن یه قدم خیلی گنده بود؛ با این شکل پلاسما شاید زودتر به آرزومون برسیم!
منبع: +
