همجوشی هسته‌ای

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
«همجوشی» به اینجا تغییرمسیر دارد. برای دیگر استفاده‌ها، همجوشی (ابهام‌زدایی) را ببینید.
فیزیک هسته‌ای
CNO Cycle fa.png
واپاشی
شکافت هسته‌ای
گداخت هسته‌ای
دانشمندان
هانری بکرل · ماری کوری · پی‌یر کوری · هانس بتدیگران
چگونگی همجوشی دوتریوم و تریتیوم

گداخت هسته‌ای[۱] یا همجوشی هسته‌ای یا فیوژن فرآیندی عکس عمل شکافت هسته‌ای است. در فرایند همجوشی هسته‌ای هسته‌های سبک مانند هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود.

برای اینکه همجوشی امکان‌پذیر باشد هسته‌هایی که در واکنش وارد می‌شوند باید دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامونشان فائق آیند. بنابر این دماهای وابسته به واکنش‌های همجوشی فوق‌العاده بالاست.

در سال ۱۹۵۲ اولین انفجار آزمایشی گرماهسته‌ای باعث آزاد شدن مقدار زیادی انرژی کنترل‌نشده شد. این آزمایش نشان داد که اگر دمای یک گاز متشکل از ذرات باردار - پلاسما - با چگالی بالا تا حد ۵۰ میلیون درجه کلوین افزایش یابد، باعث ایجاد واکنش همجوشی هسته‌ای در گاز یونیده می‌شود. پس از انفجار موفقیت آمیز بمب هیدروژنی جستجو برای آزاد کردن کنترل شده انرژی همجوشی شروع شد.

گرمای همجوشی به مفهوم گرمای حاصله از همجوشی هسته‌ای است.[۲][۳][۴][۵]

همجوشی هسته‌ای، واکنشی کاملا برعکس شکافت هسته‌ای است. به جای شکافتن اتم‌های بزرگ به اتم‌های کوچک، اتم‌های کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند تا اتم‌های بزرگ بوجود آیند. این واکنش انرژی خیلی زیادی آزاد می‌کند، چرا که طبق نظریه‌ی نسبیت خاص انشتین، قسمتی از ماده‌ی این واکنش به انرژی تبدیل می‌شود. واقعیت این است که خارج از نیروگاه‌های همجوشی و در طبیعت، ما هر روز اثر این واکنش را احساس می‌کنیم. همجوشی هسته‌ای همان چیزی است که در مرکز خورشید رخ می‌دهد. خورشید یک رآکتور عظیم همجوشی هسته‌ای است؛ این ستاره هیدروژن را به عناصر سنگین تبدیل می‌کند و نور و گرمای حاصل از واکنش را برای ما که روی زمین هستیم، ارسال می‌کند.[۶]

مزیت‌ها[ویرایش]

مزیت همجوشی هسته‌ای نسبت به شکافت هسته‌ای مقایسه می‌شود:

  • منابع سوخت آن بسیار فراوان است. به عنوان مثال دوتریوم حدود ۱۵۳ ۰/۰ درصد اتمی ازهیدروژنهای آب اقیانوسها را تشکیل می‌دهد. تریتیوم نیز در فرایند جذب نوترون توسط لیتیوم قابل تولید است.
  • به ازاء هر نوکلئون از ماده سوخت، انرژی تولیدی نسبت به روش شکافت بیشتر است.
  • معضل پسماندهای هسته‌ای را ندارد.
  • اینکه در هنگام وقوع حوادث احتمالی، راکتور همجوشی از کنترل خارج نمی‌شود.

به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک راکتور همجوشی می‌توان گفت اگر یک گالن از آب دریا را که دارای مقدارکافی لوترون است در واکنش همجوشی استفاده کنیم معادل ۳۰۰ گالن گازوئیل انرژی بدون آلودگی تولید می‌کند.

سختی های فرایند همجوشی هسته ای[ویرایش]

چیزی که باعث می‌شود رسیدن به فناوری همجوشی مشکل باشد، عدم علاقه‌ی هسته‌ی اتم‌ها به جوش خوردن با یکدیگر است. هسته‌ی اتم هیدروژن دارای یک پروتون است و بنابراین بار الکتریکی مثبت دارد. وقتی می‌خواهیم یک هسته‌ی اتم هیدروژن دیگر را به آن جوش بدهیم، به دلیل اینکه هر دو دارای بار مثبت هستند، در برابر جوش خوردن مقاومت می‌کنند. تنها راه این است که به زور این کار را انجام دهیم و آن‌قدر دمای اتم‌ها را بالا ببریم که به پلاسما تبدیل شوند. اگر پلاسمایی با دمای بسیار بالا داشته باشیم، بعضی از هسته‌ها چنان محکم به یکدیگر برخورد می‌کنند که به یکدیگر جوش می‌خورند. برای انجام این فرایند، به دما و فشار خیلی زیادی احتیاج است. مشکل این‌جاست که ما بر روی زمین باید شرایط قسمت مرکزی خورشید را بازسازی کنیم. خورشیدی که جرم‌اش ۳۳۰ هزار برابر زمین است و دمای مرکز آن به ۱۷ میلیون درجه‌ی سانتیگراد می‌رسد.مشکل نخست این است که بر روی زمین به اندازه‌ی خورشید سوخت هیدروژن در اختیار نداریم، باید دما را به ۱۰۰ میلیون درجه‌ی سانتیگراد برسانیم. مشکل دوم که ماده در شکل پلاسما رفتارهای عجیبی از خود نشان می‌دهد. پلاسما شکل چهارم ماده است نه مایع ، نه جامد و نه گاز. وقتی پلاسما را در دما و فشار خیلی زیاد قرار می‌دهیم، به شدت ناپایدار می‌شود. برای کنترل شرایط ناپایدار آن نیز از تجهیزات معمولی نمی‌توان استفاده کرد. به نوعی باید بر روی زمین یک ستاره ساخت. آن‌قدر این کار چالش‌برانگیز است که بشر برای رسیدن به آن، نیاز دارد یکی از پیچیده‌ و بزرگترین فناوری‌های تاریخ را بسازد. [۶]

روش‌های همجوشی[ویرایش]

لیزر نوا در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در تحقیقات همجوشی

محصورسازی به روشهای متفاوتی انجام پذیر است. مهمترین این روشها عبارتند از:

محصور سازی مغناطیسی[ویرایش]

در این روش از میادین پرقدرت برای حفظ یک پلاسما استفاده می‌گردد. دو نوع رآکتور توکوماک و اسفرومک بر اساس این روش طراحی شده است.

همجوشی هسته‌ای کنترل شده توسط لیزرهای پر توان[ویرایش]

نوشتار اصلی: محصورسازی لیزری

در این روش از لیزرهای پرتوانی جهت محصورساختن ساچمه‌های کوچکی استفاده می‌شود که در آنها سوخت هسته‌ای فشرده سازی شده باشد.

همجوشی هسته‌ای توسط کاتالیزور میونی[ویرایش]

همجوشی هسته‌ای توسط کاتالیزور میونی (Muon-catalyzed fusion (μCF

منابع[ویرایش]

  1. «گداخت هسته‌ای، گداخت» [فیزیک‌] هم‌ارزِ «fusion»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی و زیر نظر حسن حبیبی، «فارسی»، در دفتر اول، فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان، تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی، شابک ‎۹۶۴-۷۵۳۱-۳۱-۱ (ذیل سرواژهٔ گداخت هسته‌ای) 
  2. همجوشی هسته‌ای
  3. : همجوشی هسته‌ای :
  4. : همجوشی هسته‌ای
  5. Set Cookies
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ مجله خبر دیجی کالا به نقل از هفته‌نامه‌ی تایم؛ نسخه‌ی دوم نوامبر ۲۰۱۵

مقاله‌های وابسته[ویرایش]