تد

چطور میتوان با ضربات هماهنگ شده چکش گداخت هسته ای تولید کرد

چطور میتوان با ضربات هماهنگ شده چکش گداخت هسته ای تولید کرد

مایکل لابرگ اعتقاد دارد که آینده انرژی ما بر پایه گداخت هسته ای خواهد بود. او یک فیزیکدان پلاسماست که شرکتی کوچک ولی با ایده ای بزرگ در مورد راکتور هسته ای جدیدی را اداره میکند که میتواند انرژی پاک و ارزان تولید کند. دستورپخت مخفیش؟ سرعتهای بالا، دماهای سوزان و فشارهای خرد کننده. در این گفتگوی امیدوارانه او توضیح میدهد که چطور ممکن است گداخت هسته ای در همین نزدیکیها باشد.

متن سخنرانی – چطور میتوان با ضربات هماهنگ شده چکش گداخت هسته ای تولید کرد

واو، چقدر روشنه.  باید کلی انرژی مصرف کنه.  خب، رسوندن شما هم به اینجا با هواپیما باید یه خورده ای انرژی برده باشه.

پس کل سیاره به مقدار زیادی انرژی احتیاج داره، و تا الآن ما بیشتر از سوخت های فسیلی استفاده کرده ایم.  ما تا الآن گاز سوزوندیم.  سواری خوبی بوده.

ما رو به اینجایی رسونده که الآن هستیم، ولی مجبوریم متوقفش کنیم.  دیگه نمی تونیم به اینکار ادامه بدیم. ما الآن داریم انواع دیگه ی انرژی رو امتحان میکنیم، انرژی های جایگزین، ولی بهمون اثبات شده که کار سختیه که یک راهی رو پیدا کنیم که علاوه بر مناسب بودن مقرون به صرفه هم باشه مثل نفت، گاز و زغال سنگ.

خود من انرژی هسته ای رو ترجیح میدم.  چون، انرژی زیادی ایجاد می کنه، انرژی خوب و قابل اعتمادی تولید می کنه، و دی اکسید کربن هم تولید نمی کنه. ما امروزه دو نوع واکنش هسته ای رو میشناسیم که باعث تولید انرژی میشه : شکافت و هم جوشی.

خب در شکافت، ما یک هسته اتم بزرگ رو میگیریم و به دو قسمت تقسیمش میکنیم.  که کلی انرژی تولید میشه، و این همون کاریه که امروزه رآکتور های هسته ای انجام میدن.  خیلی خوب هم جواب میده.

و اون یکی هم جوشیست.  من شخصا هم جوشی رو ترجیح میدم که خیلی بهتره.  خب در اینجا ما دو تا هسته اتم کوچک رو میگیریم، میریزیمشون رو هم، و هلیوم درست می کنیم، و این خیلی خوبه.

کلی انرژی ایجاد میکنه.  این راه تولید انرژی توسط طبیعته.  خورشید و تمام ستارگان هستی از هم جوشی تغذیه میشن.

خب، یک رآکتور هم جوشی، در حقیقت خیلی مقرون به صرفه خواهد بود و همین طور خیلی ایمن.  ضایعات اون فقط تا مدت کوتاهی رادیواکتیو اند، و ذوب نمی شه.  و در عین حال، سوخت هم جوشی از اقیانوس گرفته میشه.

شما می تونین سوختش رو از اقیانوس استخراج کنین به ازای حدودا یک هزارم سنت برای هر کیلووات-ساعت، بنابرین خیلی خیلی ارزونه.  و اگه انرژی همه سیاره از هم جوشی تامین می شد، میتونستیم سوخت رو از اقیانوس استخراج کنیم.  و برای میلیارد ها میلیارد سال کارمی کرد .

خب، اگه هم جوشی اینقدر خوبه پس چرا ازش استفاده نمی کنیم؟ پس کجاست؟ خب، همیشه یه مقدار مشکلات هست.  انجام هم جوشی کار خیلی خیلی سختیه.  مشکل اینه، اون دو تا هسته اتم، هردوتاشون بار مثبت دارن، بنابراین تمایلی به گداخت ندارند.

اینوری می رن! اونوری می رن!  بنابرین برای اینه که گداختشون بدیم، باید با سرعت زیادی به سمت هم پرتابشون کنیم، و اگه سرعت کافی داشته باشن، برخلاف جهت پس زدن میدان الکتریکیشون حرکت می کنن، و به هم برخورد می کنن، و انرژی تولید می کنن.

خب، سرعت ذرات یک ابزار برای اندازه گیری دماست.  بنابرین دمای لازم برای گداخت هسته ای حدود صد و پنجاه میلیارد درجه سانتی گراد هست.  نسبتا گرمه!

و این دلیل اینه که انجام هم جوشی اینقدر سخته. باگ(مشکل) کوچولوی هم جوشی خودم رو وقتی فهمیدم که مدرک دکتری خودم رو از دانشگاه بریتیش کلمبیا گرفتم، و بعدش یه شغل خوب در یک مرکز چاپگر لیزری پیدا کردم که برای صنعت چاپ، چاپگر میساخت.  برای ده سال در اونجا کار کردم و یکم دلم رو زد و بعدش در حالی که چهل سالم شده بود و بحران میانسالی رو تجربه میکردم، همونطور که میدونید چیزهای معمول در این دوره: من کیستم؟!

بخوانید:  طلوعی در عصر تصاویر سه بعدی

باید چه کنم؟ باید چه کنم؟ چه میتوانم بکنم؟ و به همین صورت نگاهی به کار خوب خودم انداختم و فهمیدم کارم درحقیقت قطع درختان جنگلهاست در همین محدوده B. C (بریتیش کلمبیا) و همینطور دفن همه شما زیرِ میلیونها تُن هرزنامه!  خوب، باید گفت که خیلی رضایت بخش و ارضا کننده نبود.

به همین دلیل بعضیا یه پورشه میخرن.  بعضی دیگه یه جور معشوقه برا خودشون دست و پا میکنن.  ولی من تصمیم گرفتم این وضعیتم رو برای حل مشکل گرمایش جهانی بکار ببندم و همجوشی رو به واقعیت بدل کنم.

خوب، اولین چیزی که انجام دادم این بود که به تحقیقات علمی نگاهی بندازم و ببینم که همجوشی چطور کار میکنه؟ خوب، فیزیکدانان برای مدت کوتاهی روی همجوشی کار کرده بودن و یکی از روشهایی که گداخت رو ایجاد میکنن استفاده از تجهیزاتیست به نام tokamak که یک حلقه بزرگ از سیم پیچ مغناطیسی ست سیم پیچ ابررسانا که میدان مغناطیسی را حول چنین حلقه ای ایجاد میکند و گازداغ میان آن که پلاسما نامیده میشود، در این بین گیر می افتند.  ذرات روی دیوار دایره ای، میچرخند و میچرخند و میچرخند.  ذرات روی دیوار دایره ای، میچرخند و میچرخند و میچرخند.

و در این ناحیه مقادیر زیادی گرما آزاد میکنند تا سعی کنند تا به دمای گداخت برسند.  خوب اینم داخل یه دونه از این شیرینیهای دونات در بخش سمت راست میتونید پلاسمای گداخت رو ببینید. و اما روش دوم ایجاد گداخت بکار بستن گداخت لیزریست.

تو گداخت لیزری شما یه توپ کوچک پینگ پونگ دارید سوخت گداخت رو در مرکز قرار میدید و با شلیک لیزر از همه جهات، اونو نیست و نابود میکنید لیزرها بسیار نیرومندند و باعث میشوند که توپ پینگ پنگ با سرعت بسیار زیادی فشرده بشه بشه و اگر چیزی رو به اندازه کافی فشار بدیم، گرم میشه و اگر این کار رو با سرعت خیلی خیلی زیاد انجام بدیم و در عرض یک میلیاردیوم ثانیه انجام بشه به اندازه ای گرما و انرژی تولید میکنه که گداخت هسته ای ایجاد میشه خوب اینم از درون یکی از این دستگاهها.  میتونید بیم لیزر و گلوله رو ببینید که در مرکز قرار دارند. بیشتر مردم فکر میکنند که گداخت هیچ کجا صورت نمیگیره اونا فکر میکنند که فیزیکدانان توی آزمایشگاهشون به سختی کار میکنن ولی هیچ اتفاقی نمیفته که در واقع درست نیست.

این نموداریست که استفاده از گداخت رو از۳۰سال گذشته تا کنون رو نشان میده.  همونطور که میبینید امروزه ده هزار برابر زمانی که این کار رو شروع کردیم، تولید داریم.  ده هزار برابر زمانی که این کار رو شروع کردیم، تولید داریم.

که پیشرفت نسبتا خوبیه.  در حقیقت این پیشرفت با سرعتی که قانون افسانه ای موربیان می کنه در مورد تعداد ترانزیستورهایی که میشه روی یک ریزتراشه قرارداد انجام میشه.  این نقطه در اینجا JET نام داره که مخفف “Joint European Torus” است.

که یک توکاماک دونات شکل بزرگ تو اروپا محسوب میشه و این ماشین در سال ۱۹۹۷ ۱۶ مگاوات انرژی همجوشی با مصرف ۱۷ مگاوات انرژی حرارتی، تولید کرد.  خوب الان ممکنه که بگید خیلی به دردبخور نیست، ولی در حقیقت خیلی نزدیکن به هم درنظر بگیرید که حالا میتونیم حدود ده هزار برابر بیشتر از زمانی که شروع کردیم، انرژی بگیریم.  این نقطه دوم در اینجا NIF است.

یا به عبارتی دیگر: “National Ignition Facility” که یک ماشین لیزری بزرگ توی ایالات متحده است و ماه قبل اعلام کردند که البته با کمی سروصدا که توانسته اند مقدار بیشتری انرژی از گداخت تولید کنند نسبت به انرژی که در توسط دستگاه و در مرکز اون توپ پینگ پونگ متمرکز میشه.  البته هنوز اینقدر خوب نیست چون لیزری که این انرژی رو در وسط متمرکز میکنه به مراتب انرژی بیشتری مصرف میکنه ولی تقریبا خوبه. خوب اینم ITER است.

که به زبان فرانسوی اینگونه تلفظ میشود: EE-tairh.  که یک کار گروهی بزرگ با شرکت چندین کشوره که یک دونات بسیار بزرگ مغناطیسی رو در جنوب فرانسه ساختن و این ماشین، وقتی که تکمیل شد، ۵۰۰ مگاوات انرژی گداخت تولید خواهد کرد که فقط ۵۰ مگاوات برای تولیدش کافیه.  پس درحقیقت این یکی دیگه واقعا انرژی تولید میکنه.

این یکی کار خواهد کرد.  از اون ماشینهایی خواهد بود که انرژی تولید میکنن. خوب اگر به نمودار نگاهی بندازید متوجه خواهید شد که اون دو نقطه اندکی در سمت راست منحنی قرار دارند.

بخوانید:  با اسپات آشنا شوید، رباتی که می‌تواند بدود، لی لی کند و درها را باز کند.

ما به نوعی از پیشرفت بازموندیم.  در واقع دانش تولید اون ماشینها دقیقا به موقع به دستمون رسید تا تا بتونیم در امتداد این منحنی تولید گداخت داشته باشیم.  با این حال، سیاستهایی که در کار بوده باعث شده تمایلی برای انجامش وجود نداشته به همین دلیل به سمت راست منتقل شده ITER برای مثال، میتونست سال ۲۰۰۰ یا ۲۰۰۵ ساخته بشه.

ولی از اونجا که یک کار گروهی بین المللی محسوب میشه، سیاست وارد کار شد و همین باعث کمی تاخیر شد.  برای مثال، حدود سه سال طول کشید تا تصمیم گرفته بشه که این مرکز در چه منطقه ای ساخته بشه. گداخت اغلب به این دلیل که کمی بیش از حد گران تمام میشه مورد انتقاد بوده.

خوب بله، یک تا دو میلیارد دلار در سال باید هزینه بشه خوب بله، یک تا دو میلیارد دلار در سال باید هزینه بشه تا کار ساختش پیش بره.  ولی باید این هزینه رو با هزینه انجام قانون مور(در مورد ترانزیستورها) مقایسه کرد.  که هزینه بیشتری طلب میکنه.

نتیجه قانون مور این گوشیهای همراهیه که در جیب هممون وجود داره.  این گوشیهای همراه، و اینترنت همراه اونها حدود یک تریلیون(یک میلیارد میلیارد) هزینه بر بوده است فقط برای اینکه امثال من بتونیم یه سلفی(عکس از خود) بگیریم و روی فیس‌بوک‌مون قرار بدیم.  تا وقتی پدرم ببینه بهم افتخار کنه.

همچنین ما حدود ۶۵۰ میلیارد دلار در یک سال صرف یارانه نفت و گاز و انرژیهای تجدیدپذیر میکنیم.  پس فقط نیم درصد این هزینه هارو صرف گداخت میکنیم.  که من به شخصه فکر نمی کنم هزینه خیلی زیادی باشه.

و درحقیقت یک جور زرنگی هم محسوب میشه درنظر داشته باشید که میتونیم همه مشکلات انرژی خودمون رو حل کنیم اون هم برای چند میلیارد سال آینده. راحته که من این حرف هارو بگم ولی دراصل من خیلی بی طرف نیستم برای اینکه یک شرکت گداخت رو تاسیس کرده ام و دیگر اینکه اصلا اکانت فیس‌بوک هم ندارم!  وقتی در سال ۲۰۰۲ این شرکت گداخت رو راه انداختم میدونستم که با غولهای این صنعت نمیتونم دربیفتم.

اونها منابع خیلی بیشتری نسبت به من در اختیار دارند.  به همین دلیل تصمیم به یافتن راهی گرفتم که هم ارزانتر و هم سریعتر باشه. خوب، گداخت لیزری ومغناطیسی ماشینهای نسبتا خوبی هستن.

اونها گوشه ای از پیشرفت شگرف فناوریند ماشینهایی شگفت انگیزی که نشان داده اند انجام گداخت هسته ای میتونه انجام بشه.  با این حال به عنوان نیروگاه فکر نمیکنم خیلی خوب باشند.  اونها خیلی بزرگ، بسیار پیچیده و بسیار گران هستند همچنین به نسبت انرژی خیلی زیادی هم از انرژی گداخت به دست نمیدهند.

وقتی که گداخت ایجاد میکنیم، انرژی به صورت نوترونهای پرسرعت بیرون میاد، و به شکل پلاسما نمود پیدا میکنه.  این نوترونها به دیواره ها برخورد کرده و باعث خسارت به ماشین میشوند.  از طرف دیگر هم باید از این نوترونها گرما گرفت و بخارآبی رو راه بندازیم که با اون در جایی دیگه توربینی رو به چرخش دربیاریم که روی همه اون ماشینها تا حدودی پس اندیشه هایی(فکرهای جدیدی) صورت گرفته بود به همین دلیل یقین پیدا کردم که بهترین روش انجامش اینه که دقیقا در همون نقطه ای باشم که این فکرهای جدید معرفی میکنن.

به همین دلیل به مقالات علمی برگشتم و هرچه و هرکجا در مورد گداخت بود رو مطالعه کردم یک روشی که به طورخاص توجهم رو به خودش جلب کرد و “گداخت مغناطیسی هدفمند شده” نام دارد(magnetized target fusion) یا به اختصار:MTF در روش MTF، کاری که میخواهیم انجام بدیم اینه که یک خمره بزرگ برمیداریم و اون رو با فلز مایع پر میکنیم و فلز مایع رو به چرخش درمیاریم تا در مرکزش یک گردابه بوجود بیاد یه چیزی شبیه لگن ظرفشویی که وقتی که لاستیک راه آب ظرفشویی را برمیداریم، یک گردابه درست میشود.  سپس تعدای پیستون داریم که با فشار بیرون و داخل میشوند و باعث فشرده شدن فلز مایع اطراف پلاسما میشن که اونهم باعث فشرده شدن پلاسما میشه و مثل یک لیزر داغ و داغتر میشه(پلاسما) و در نهایت باعث تولید همجوشی هسته ای میشه پس ترکیبی از دو روش گداخت مغناطیسی و گداخت لیزری داریم.  به همین دلیل مزایای هر دوروش را داراست.

فلز مایع همه نوترونها را جذب میکند و هیچ نوترونی به دیواره آسیب نمیرساند و به همین دلیل به ماشین آسیبی نمیرسد.  فلز مایع داغ میشود و میشه اون رو به یک مبدل حرارتی پمپ کرد، و تولید بخار داشت تا توربین به چرخش دربیاد.  این قسمت از این فرایند به این روش به سهولت قابل انجام است.

بخوانید:  آندرس لوزانو: پاركينسون، افسردگى و كليدى كه ممكن است آنها را خاموش كند

این قسمت از این فرایند به این روش به سهولت قابل انجام است.  و دست آخر، همه انرژی مورد نیاز برای گداخت از پیستونهایی که با بخارحرکت می کنن تولید میشود که بسیار ارزانتر از لیزر یا سیم پیچهای ابر رسانا هستند. خوب تا اینجا همه چیز خوب بود بجز این مشکل که این سیستم اصلا کار نمیکرد!

(خنده) همیشه یه گیری هست.  خوب، وقتی اونو فشرده میکنید پلاسما با سرعتی بیش از سرعت فشرده شدن، خنک میشه پلاسما با سرعتی بیش از سرعت فشرده شدن، خنک میشه بنابراین شما سعی میکنید که فشردش کنید ولی پلاسما خنک و خنکتر میشه و به همین دلیل هیچ کاری هم انجام نمیداد. وقتی این حالت رو دیدم، گفتم عجب!

، این قسمتش واقعا مایه خجالته چون ایده کلی، بسیار بسیار ایده خوبیه.  که خوشبختانه من میتونم بهبودش بدم.  برای یک دقیقه در موردش فکر کردم و گفتم بسیار خوب!

چطور میتونم این کار رو بهبود بدم؟ بعدش در مورد ضربه فکر کردم.  چی میشه اگر از یک چکش بزرگ استفاده کنیم که تابش بدیم و اینجوری به میخ بکوبیم تا به بخشی که میخ از چکش ضربه میخورد،ضربه وارد شود و اون رو هل بده تا داخل بره؟ ولی نه این روش جواب نمیده.  خوب چیزی که هست اینه که از ایده یک ضربه استفاده کنیم.

به همین دلیل پیستون را با بخار شتاب دادیم که کمی زمان میبره ولی بعدش گُرُمب! شما پیستون رو میکوبید و شَتَرَق! همه انرژی در یک لحظه اعمال میشه، و به صورت آنی به مایع انتقال داده میشه که باعث میشه پلاسما خیلی سریعتر فشرده بشه.

به همین دلیل گفتم که آره! این خوبه و بیا بسازیمش! بعدش ما این ماشین رو تو این گاراژ ساختیم.

یه ماشین کوچک ساختیم که ترتیبی دادیم تا مقداری نوترون رو توش فشار بدیم که اون نوترونها، نوترونها بازاریاب من هستند که با اون نوترونها ی بازاریاب، تونستم پنجاه میلیون دلار پول دربیارم، و ۶۵نفر رو استخدام کنم. تیمم رو در اینجا میبینید.  که اینم چیزی بود که میخواستیم بسازیم.

ماشین بزرگی خواهد شد که حدودا در سه متر قطر مایع به چرخش درخواهد آمد و گردابه ای بزرگ در وسط پدید خواهد آمد پلاسما در بالا و پایین قرار خواهد گرفت و پیستون به بغل ضربه وارد میکند گُرُمب! فشردش میکنه، و مقداری انرژی تولید میکنه و نوترون وارد فلز مایع میشه، که وارد یک موتور بخار میشه و توربین رو بکار میندازه و بخشی از بخار برمیگرده تا پیستون رو شلیک کنه.  قراره تا ثانیه ای یک بار بهش ضربه بزنیم که صد مگاوات هم الکتریسیته تولید میکنه.

بسیار خوب، این انژکتور رو هم ساختیم که برای شروع فرایند، پلاسما تولید میکنه.  این پلاسما رو در یه دمای نیمه گرم حدود سه میلیون درجه سانتی گراد تولید میکنه.  از بخت بد، به اندازه کافی پایدار نمیمونه به همین دلیل نیاز داریم تا عمر پلاسمارو کمی بیشترش کنیم البته ماه قبل خیلی بهتر شد، خوب حالا من فرض میکنم که همین حالا پلاسمای فشرده شده داریم.

بعدش یک گوی کوچک به این اندازه درست میکنیم، چهارده پیستون هم اطرافش قرار میدیم که مایع رو فشرده خواهند کرد.  با این حال فشرده کردن پلاسما سخته.  وقتی که فشردش کردیم، تمایل داره که این شکلی یک کمی کج بشه، به همین دلیل نیازه که زمان بندی پیستونها خیلی خوب باشه، و به همین دلیل هم ما از چندین سیستم کنترلی استفاده کردیم که در سال ۱۹۷۰ممکن نبود ولی امروزه با دانش جدید و تروتمیز الکترونیک میتونیم انجامش بدیم.

ولی امروزه با دانش جدید و تروتمیز الکترونیک میتونیم انجامش بدیم. دست آخر، بسیاری فکر میکنند که گداخت چیزی مربوط به آینده است و رخ نخواهد داد، ولی در حقیقت گداخت خیلی نزدیکه و ما تقریبا انجامش دادیم.  آزمایشگاههای بزرگ نشان داده اند که گداخت انجام شدنیست، و حالا شرکتهای کوچکی هستند که در موردش فکر میکنند و میگن چیز انجام نشدنی نیست ولی باید ببینیم چطور بسازیمش که صرفه اقتصادی داشته باشه.

General Fusion یکی از اون شرکتای کوچکه وبه زودی یک نفر این گردوی سخت رو خواهد شکست که شاید اون General Fusion باشه. بسیار سپاسگذارم. (تشویق)

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا