توکامک دستگاهی برای همجوشی هسته ای

با سلام خدمت همه همراهان مجله رادیب، توکامک دستگاهی است که با استفاده از میدان‌ مغناطیسی، پلاسما را در محفظه‌ای دونات شکل به دام می‌اندازد. دانشمندان حوزه انرژی همجوشی باور دارند توکامک پدیده‌ای پیشرو در آیندهٔ نیروگاه‌های همجوشی می باشد.

در یک توکامک، سیم‌های میدان مغناطیسی ذرات پلاسما را به دام می‌اندازند تا شرایط لازم برای همجوشی را مهیا سازند. یک مجموعه از سیم‌های مغناطیسی، میدان چنبره‌ای شدیدی ایجاد می‌کند که در اطراف این محفظه‌ی دُنات شکل قرار می‌گیرد. یک سیم پیچ مرکزی (آهنربایی که جریان الکتریکی دارد) میدان مغناطیسی دیگری در راستای جهت «میان قطبی»، که میانبری به دور میدان چنبره‌ای، ایجاد می‌کند.

اجزای این دو میدان باعث ایجاد میدان مغناطیسی پیچیده‌ای می‌شوند که ذرات را درون پلاسما نگه می‌دارد. اضافه کردن مجمموعه‌ای دیگر از سیم پیچ‌ها نیز باعث شکل‌دهی و جهت‌گیری پلاسما می‌شود.

اولین توکامک با نام T-1 در سال ۱۹۵۸ در کشور روسیه آغاز به کار کرد. پیشرفت‌های بعدی باعث شد راکتور همجوشی آزمایشی توکامک در آزمایشگاه پلاسمای پرینستون و همچنین هلال مشترک اروپایی در انگلیس ساخته شوند. هر دوی آنها توانستند در دهه ۱۹۹۰ به رکورد همجوشی دست یابند. این موفقیت‌ها باعث شد ۳۵ کشور انگیزه‌ای برای همکاری در ساخت توکامک ابررسانای ITER پیدا کنند. هدف این دستگاه، مطالعهٔ فیزیک سوختن در حالت پلاسما است.

دانستنی‌های کوتاه در مورد توکامک

• توکامک می‌تواند جریان‌های پلاسمایی با مقادیر مگا آمپری را تحمل کند. این مقدار برابر است با جریان الکتریکی در قدرتمندترین صاعقه‌ها.
• رکورد توان خروجی الکتریکی در سال ۱۹۹۷ در انگلستان توسط توکامک مشترک اروپایی یا به اختصار «جت» با ۱۶ مگاوات شکسته شد.
• سیم پیچ مرکزی ITER بزرگ‌ترین آهنربای ابررسانا در جهان خواهد بود. این سیم پیچ قرار است میدانی به بزرگی ۱۳ تسلا تولید کند که معادل ۲۸۰ هزار برابر میدان مغناطیسی زمین است.
• برای اینکه بتوان همجوشی هسته‌ای، مشابه آنچه در خورشید رخ می‌دهد، را روی زمین شبیه‌سازی کرد ایزوتوپ‌های هیدروژن در درون دستگاه همجوشی موسوم به توکامک قرار می‌گیرند تا در شرایط پلاسما یون‌ها و الکترون‌ها از هم جدا شوند و یون‌ها در دمای بالا نگهداری شوند.
• همجوشی از این طریق، حجم گسترده و عظیمی از انرژی تولید می‌کند و این روند عکس روند شکافت هسته‌ای است. در جریان همجوشی، هیچ گاز گلخانه‌ای منتشر نمی‌شود و بدون آلوده‌سازی محیط زیست می‌توان به انرژی پاک و قابل دسترس دست یافت.

به تازگی محققان توانستند با استفاده از نسخه‌ای ارتقا یافته از دستگاه همجوشی توکامک، که با نام خورشید مصنوعی کره جنوبی نیز شناخته می‌شود، پلاسمای دمای بالا را برای ۲۰ ثانیه با دمای یونی بیش از ۱۰۰ میلیون درجه حفظ کنند. دستگاه‌های توکامک به طور گسترده در تولید انرژی هسته‌ای از طریق روش گداخت هسته‌ای به کار می‌روند. محققان پیشتر در سال ۲۰۱۸ توانسته بودند تنها برای ۱.۵ ثانیه دمای یونی پلاسما را در حد ۱۰۰ میلیون درجه را حفظ کنند. این در حالی است که دما در مرکز خورشید تنها به ۱۵ میلیون درجه سانتی‌گراد می‌رسد. موسسه تحقیقات پیشرفته کره جنوبی گفته است هدف آنان عملکرد مداوم ۳۰۰ ثانیه‌ای دستگاه با دمای یون بالاتر از ۱۰۰ میلیون درجه تا سال ۲۰۲۵ است.

منبع: مجله رادیب