ستاره جدید قدرت همجوشی تجاری را یک قدم نزدیکتر می کند

با بدتر شدن بحران آب و هوا و افزایش نیازهای انرژی ، دانشمندان در حال مسابقه هستند تا آینده انرژی پاک تر و ایمن تری را باز کنند. از جمله امیدوار کننده ترین راه حل ها ، همجوشی هسته ای است-یک منبع انرژی که می تواند یک روز جهان را بدون آزاد کردن کربن یا ایجاد زباله های رادیواکتیو طولانی مدت تأمین کند. اما دستیابی به همجوشی دشوار است. این امر نیاز به شرایط شدید ، کنترل دقیق و فناوری دارد که باید مطالبات سخت و غالباً متضاد را برآورده کند.

به همین دلیل یک پیشرفت اخیر توجه را به خود جلب می کند. نوع یک انرژی ، یک شرکت خصوصی با تمرکز بر فیوژن ، یک طرح علمی دقیق و خود سازگار برای یک نیروگاه آزمایشی فیوژن عملی ایجاد کرده است.

یافته های آنها ، که اکنون در شش مقاله مورد بررسی در مجله فیزیک پلاسما (JPP) منتشر شده است ، پایه و اساس یک مرکز آزمایشی را فراهم می کند که می تواند انرژی فیوژن را به شبکه برق نزدیکتر کند.

شماره ویژه ژورنال چیزی بیش از دانشگاه است. این نشان می دهد که چگونه علم ، مهندسی و همکاری جهانی می توانند برای طراحی سیستم های انرژی که نیازهای دنیای واقعی را برآورده می کند ، با هم کار کنند.

مراکز کار بر روی دستگاهی به نام ستاره ای-یک دستگاه پیچیده که از میدان های مغناطیسی پیچ و تاب و پیچشی برای کنترل پلاسما فوق العاده داغ مورد نیاز برای واکنش های همجوشی استفاده می کند. ایده جدید نیست. در حقیقت ، Wendelstein 7-X در آلمان ، بزرگترین ستاره دار جهان ، قبلاً ثابت کرده است که این طرح می تواند در یک مقیاس تحقیق کار کند.

آنچه اکنون متفاوت است مقیاس و هدف است. طراحی جدید Type One Energy با هدف فراتر از آزمایش های علمی و به سمت تولید انرژی است. برنامه فیزیک آنها بر اساس چالش های واقعی ساخت نیروگاه فیوژن ساخته شده است که روزی می تواند به شبکه وصل شود.

به گفته کریستوفر موری ، مدیرعامل این شرکت ، این فقط یک مفهوم آزمایشگاهی دیگر نیست. موری گفت: “مبنای فیزیک نیروگاه جدید فیوژن ما در دانش تخصصی انرژی نوع یک در مورد تولید قابل اعتماد ، اقتصادی ، الکتریکی برای شبکه برق است.” “ما سازمانی داریم که می فهمد این فقط مربوط به طراحی یک پروژه علمی نیست.”

این پروژه با نام Infinity Two با همکاری سازمان دره تنسی ، یک ابزار عمومی بزرگ در ایالات متحده در حال توسعه است. این مشارکت نشان دهنده تمرکز بر تأثیر دنیای واقعی و پتانسیل تجاری است ، نه فقط تئوری.

برای اطمینان از سخت گیری علمی ، انرژی نوع یک به تنهایی آن را انجام نداد. این شرکت با محققان آزمایشگاه های ملی و دانشگاه های برتر ، از جمله پشتیبانی وزارت انرژی ایالات متحده همکاری کرده است. از ابر رایانه هایی مانند ماشین مرزی در آزمایشگاه ملی اوک ریج برای اجرای شبیه سازی های وفاداری بالا در مورد نحوه رفتار پلاسما در داخل ستاره ای استفاده شد.

این تلاش پرداخت شد. شش مقاله حاصل از آن یک پایه فیزیک دقیق و قابل اعتماد برای کارخانه آزمایشی تشکیل می دهد. آنها چالش های کلیدی مانند حفظ ثبات پلاسما ، کاهش از دست دادن انرژی و بهبود عملکرد را پوشش می دهند. نویسندگان همچنین بررسی کردند که چگونه ویژگی های مختلف طراحی در تعامل است و به محققان کمک می کند تا چگونه این عوامل پیچیده را در یک راکتور عملکردی تعادل برقرار کنند.

کریس هگنا ، یک فیزیکدان از نوع یک انرژی و همدست مهمان مجله شماره ، هدف این کار را توضیح داد: “هدف از این کار استفاده از بهینه سازی ستاره دار پیشرفته و پیش بینی های محاسباتی با وفاداری بالا از عملکرد پلاسما برای بهبود اعتماد به نفس در ستاره دار به عنوان وسیله نقلیه برای انرژی فیوژن مغناطیسی است.”

این اعتماد به نفس اهمیت دارد. سالهاست که فیوژن زمینه ای پر از وعده است اما در مورد تحویل عملی کوتاه است. امید این است که با الگوسازی دقیق ، طراحی های بهتر و مشارکتهای ابزار واقعی ، Fusion سرانجام می تواند گامی از تئوری به واقعیت بردارد.

انتشارات دانشگاه کمبریج ، به دلیل استانداردهای دقیق خود شناخته شده است. ویراستاران آن این مجموعه از مقالات را به عنوان یک لحظه برجسته برای این زمینه می بینند. الکس شکوچیهین ، استاد دانشگاه آکسفورد و سردبیر مجله ، اهمیت تحقیقات فیوژن عمومی و همکار را مورد بررسی قرار داد.

Schekochihin گفت: “علم و فناوری فیوژن دوره ای از توسعه بسیار سریع را تجربه می کنند.” “در این محیط تخمیر خلاق و کارآفرینی ، بسیار مهم است که ایده ها و طرح های جدید هم توسط جامعه علمی به اشتراک گذاشته شوند و کاملاً مورد بررسی قرار گیرند – نوع یک انرژی و JPP استاندارد طلا را برای نحوه انجام این کار تعیین می کنند.”

وی به یک لحظه مشابه پنج سال پیش اشاره کرد ، هنگامی که مجله فیزیک بنیادی را برای یک دستگاه فیوژن دیگر ، SPARC ، که توسط Commonwealth Fusion Systems ساخته شده بود ، منتشر کرد. این کار به انرژی جدیدی از سرمایه گذاری و علاقه به همجوشی کمک کرد. اکنون ، با Infinity Two ، حرکت ادامه می یابد.

در هر هلاندر ، سردبیر مجله و یک فیزیکدان در موسسه فیزیک پلاسما مکس پلاسما در آلمان ، این هیجان را تکرار کرد. هلاندر گفت: “مقالات موجود در این شماره گام مهمی به سوی یک راکتور فیوژن مبتنی بر مفهوم ستاره دار است.” “این امکان پذیر شده است که مبنای فیزیک برای نیروگاه ستاره ای با جزئیات قابل توجهی ارائه شود.”

ستاره ها با یک روش مهم با دستگاه های متداول Tokamak متفاوت هستند. در حالی که Tokamaks برای کمک به کنترل آن به جریان های الکتریکی قدرتمند داخل پلاسما تکیه می کند ، ستاره ها از کویل های مغناطیسی خارجی استفاده می کنند. این طرح می تواند پایدارتر و مداوم تر باشد ، که می تواند ستاره ها را برای نیروگاه هایی که برای مدت طولانی کار می کنند مناسب تر کنند.

با این حال ، شکل های پیچیده مورد نیاز برای کویل های مغناطیسی باعث شده است که ستاره ها ساخت و شبیه سازی را سخت تر کنند. به همین دلیل دسترسی به ابر رایانه های پیشرفته و مدل سازی نظری عمیق بسیار مهم است. کار Type One Energy نشان می دهد که با داشتن ابزار و مشارکت مناسب ، مسیر ستاره دار به Fusion Energy ممکن است امیدوار کننده تر از گذشته باشد.

این فقط یک برد فنی نیست. این نمادی از آنچه ممکن است وقتی مؤسسات دولتی ، محققان دانشگاهی و شرکت های خصوصی با اهداف مشترک و علم باز همکاری می کنند.

همانطور که Hegna بیان کرد ، “با این دستاورد ، ما به طور قطعی هدف انرژی نوع یک را در تحقق تولید انرژی فیوژن با استفاده از مفهوم ستاره دار پیش می بریم.”

با تغییر جهان از سوخت های فسیلی ، اشکال جدید انرژی باید به جای خود برسد. فیوژن پاسخی را تمیز ، ایمن و فوق العاده قدرتمند ارائه می دهد. اما رسیدن به آنجا ده ها سال کار را انجام داده است ، با آزمایش و خطا فراوان.

این طرح جدید یک قدم مهم به جلو است. این نه تنها علم قوی بلکه بلوغ رو به رشد میدان انرژی فیوژن را منعکس می کند. با تلاش و پشتیبانی کافی ، فیوژن ممکن است به زودی به بخشی واقعی از ترکیب انرژی جهانی تبدیل شود.

در حال حاضر ، این شش مقاله به عنوان یک سیگنال قوی برای جامعه علمی خدمت می کنند: ابزارهای ایجاد آینده انرژی بهتر در کنار هم قرار می گیرند. چالش بعدی تبدیل این طرح ها به واقعیت خواهد بود.