تلاش برای دو برابر کردن قدرت راکتورهای همجوشی هسته‌ای با تغییر یک قانون 30 ساله

محققان می‌گویند در مطالعات خود متوجه شده‌اند که چگالی سوخت راکتورهای همجوشی هسته‌ای می‌تواند بسیار بیشتر از مقداری باشد که پیش‌تر توسط یکی از قوانین محدود شده بود. انتظار می‌رود که در آینده از راکتورهای توکامک برای تامین برق استفاده شود.

گروهی از دانشمندان به رهبری فیزیکدانان مرکز پلاسمای دانشگاه پلی‌تکنیک فدرال لوزان سوئیس (EFPL) دریافته‌اند که حداکثر چگالی سوخت هیدروژن در راکتورهای توکامک می‌تواند دو برابر «حد گرینوالد» باشد. حد گرینوالد بیش از 30 سال پیش از آزمایش‌های تجربی به دست آمده بود.

این یافته فعالیت راکتورهای بزرگ توکامک ITER را که در جنوب فرانسه در دست ساخت قرار دارند، تحت تاثیر قرار خواهد بود. به‌علاوه، افزایش تراکم سوخت می‌تواند بر طراحی نسل بعدی رآکتور گرماهسته‌ای آزمایشی بین‌المللی (ITER) که با نام راکتور همجوشی هسته‌ای DEMO شناخته می‌شود، تاثیر بگذارد.

«پائولو ریچی» از مرکز پلاسمای سوئیس می‌گوید: «مقدار دقیق این افزایش تراکم به توان راکتور بستگی دارد، اما می‌توان تخمین زد که افزایش توان در راکتور ITER دو برابر شود.» محاسبات جدید دانشمندان بر مبنای حد گرینوالد انجام شده است. این قاعده در سال 1988 از سوی «مارتین گرینوالد»، فیزیکدان دانشگاه MIT معرفی شد.

محققان در آن سال‌ها قصد داشتند بفهمند که چرا با بیشتر شدن تراکم سوخت از یک حد مشخص، پلاسمای همجوشی عملا غیرقابل کنترل می‌شود. گرینوالد بر اساس شعاع دایره داخلی راکتور توکامک و مقدار جریان الکتریکی که از داخل پلاسما می‌گذرد، این حد را به دست آورد. اگرچه دانشمندان حدس می‌زدند که حد گرینوالد قابل اصلاح باشد، ولی این قاعده بیش از 30 سال به عنوان یک اصل بنیادی در نظر گرفته می‌شد و یکی از مبانی طراحی ITER بود.

توان راکتورهای همجوشی هسته‌ای افزایش می‌یابد

پژوهشگران اخیرا آزمایش‌های عملی و تئوری گرینوالد را مورد بررسی قرار داده و به حد چگالی سوخت بسیار بالاتری دست پیدا کرده‌اند که ظرفیت ITER و کارآمدی طراحی راکتورهای DEMO را افزایش می‌دهد. ریچی می‌گوید یافته کلیدی آن‌ها این بود که با افزایش خروجی توان واکنش‌های همجوشی، پلاسما می‌تواند سوخت پرتراکم‌تری داشته باشد.

ظاهرا هنوز نمی‌توان گفت که این افزایش تراکم دقیقا تا چه اندازه بر خروجی توان راکتورهای توکامک اثر خواهد گذاشت. اما این اثر احتمالا قابل توجه خواهد بود و به راکتورهای همجوشی اجازه می‌دهد تا عملکرد راحت‌تری داشته باشند. ریچی اضافه می‌کند: «[افزایش چگالی سوخت] دستیابی به شرایط ایمن و پایدار همجوشی را آسان‌تر می‌کند، و به شما اجازه می‌دهد سازوکار مدنظر خود را پیاده و به شکلی مناسب از راکتور همجوشی استفاده کنید.»