با الهام از خورشید ساخت خورشیدک در ایران اجرایی می شود

به گزارش تاسیسات نیوز، بر اساس برآوردها تقاضای انرژی در قرن بیست و یکم از میزان منابع انرژی فراتر می‌رود، به گونه‌ای که تا سال ۲۰۳۰ مقدار انرژی مورد نیاز بشر ۶۰ درصد بیشتر از میزان فعلی خواهد بود.

از سوی دیگر اگر مصرف سرانه انرژی در کشورهای در حال توسعه با مقدار میانگین مصرف انرژی در کشورهای ثروتمند برابر شود، تقاضای انرژی در حال توسعه تا سال ۲۰۵۰ به ۸ برابر مقدار فعلی خواهد رسید، به گونه‌ای که تا سال ۲۱۰۰ میلادی تقاضای انرژی جهان دست کم تا ۲ برابر مصرف فعلی انرژی افزایش خواهد یافت؛ از این رو دسترسی به منبع انرژی پایدار و دوستدار محیط زیست ضروری است.

چالش‌های زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی، از دیگر موضوعات مطرح است؛ چراکه در سال‌های اخیر از مصرف سوخت‌های فسیلی سه چهارم دی اکسید کربن (CO۲) مازاد از سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ و نفت و یک چهارم از انهدام جنگل‌های نواحی استوایی حاصل شده است.

بر اساس برآوردهای جهانی منابع اولیه انرژی‌های شناخته شده در کره زمین تنها برای ۵۰۰ سال کفایت خواهد کرد، از این رو آسان‌ترین راه حل نگاه کردن به آسمان و الهام گرفتن از طبیعت و ساخت “خورشیدک‌”ها (توکامک) بر روی زمین است. فعل و انفعالی که در خورشید رخ می‌دهد، گداخت است و ماشین مولد این رخداد را که بشر ساخته “توکامک” نامگذاری شده است.

به گفته دکتر رضا امراللهی، رییس دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح توکامک، خورشید در هر لحظه ۳۰ هزار برابر مصرف انواع انرژی در کره زمین، انرژی به سمت ما می‌فرستد و این انرژی نه تنها پاک و سازگار با محیط زیست است بلکه باعث رشد و نمو گیاه نیز می‌شود.

امراللهی با اشاره به ساخت دستگاه توکامک در این دانشگاه ادامه داد: در خورشید هسته‌های سبک به هم جوش‌ می‌خورند و هسته‌های سنگین‌تری به وجود می‌آورند، در نتیجه انرژی زیادی آزاد خواهد شد که در این صورت گداخت هسته‌ای صورت می‌گیرد.

وی گداخت هسته‌ای را یک منبع انرژی پاک، ایمن، پایدار و دوستدار محیط زیست توصیف کرد و یادآور شد: در گداخت هسته‌ای هسته‌های سبک چون هیدروژن، دوتریوم و  تریتیوم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته‌های سنگین‌تر و مقداری انرژی تولید می‌شود.

توکامک (Tokamak)‏ نوعی دستگاه است که کار آن محصورسازی پلاسما است. این سیستم حاوی پلاسمای دوتریوم- تریتیوم است که توسط دو سری میدان مغناطیسی نگهداری می‌شود و شکلی مانند چنبره تشکیل می‌دهد. کاربرد توکامک‌ها برای دستیابی به تولید انرژی الکتریسته از طریق روش گداخت است.

توکامک (خورشیدک) ساخته شده در دانشگاه امیرکبیر

از ۳۰ سال قبل محققان کشور در زمینه محصور سازی پلاسمای گداخت هسته‌ای مطالعات جدی را در دستور کار دارند که اولین دستگاه گداخت هسته‌ای با عنوان “الوند” با همکاری کشور ایتالیا ساخته شد که کمتر از ۲۰ درصد از دانش فنی آن بومی بوده است.

دومین دستگاه توکامک با عنوان “دماوند” از کشور روسیه خریداری شده و سومین دستگاه گداخت هسته‌ای که در دانشگاه آزاد به بهره‌برداری رسید، از کشور چین خریداری شده است.

محققان کشورمان در راستای دستیابی به دانش فنی این دستگاه، در دانشگاه صنعتی امیرکبیر اقدام به بومی‌سازی آن کردند که این دستگاه با عنوان توکامک “البرز” با همکاری سازمان نوسازی و گسترش اجرایی شده است. این پروژه که رو به اتمام است، در آن حدود ۴۰ شرکت کوچک و بزرگ در ساخت قطعات این ماشین شرکت داشتند که یکی از آنها بزرگترین کارخانه ترانسفورماتورسازی کشور (ایران ترانسفو زنجان) و کوچکترین آن چند شرکت دانش‌بنیان دستگاه‌های اندازه‌گیری است.

پروژه عظیم بین‌المللی ایتر برای ساخت خورشید در زمین

مونتاژ راکتور پروژه بین‌المللی ITER در جنوب فرانسه  تقریبا از ۱۵ سال پیش با هدف کنترل همجوشی هیدروژن کلید زده شد و پیش‌بینی می‌شود تا پایان سال ۲۰۲۴ ادامه داشته باشد. این پروژه از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای که در خورشید و ستاره‌ها اتفاق می‌افتد، الهام گرفته شده که از دیدگاه علمی و فناوری، یکی از برجسته‌ترین موفقیت‌های بشریت خواهد بود؛ چراکه بهره‌برداری از مقادیر عظیمی از انرژی تولید شده برای همیشه روند پیشرفت تکنولوژیکی را تغییر می‌دهد.

این پروژه از سال ۲۰۰۶ با مشارکت بیش از ۳۵ کشور شامل کشورهای عضو اتحادیه اروپا به انضمام انگلستان، سوئیس، چین، هند، ژاپن، کره، روسیه و ایالات متحده آمریکا و در حدود چهل کیلومتری Aix-en-Provence، با هدف بازآفرینی انرژی نامحدود تولید شده توسط خورشید و ستاره‌ها، از طریق همجوشی هیدروژن، در امید به یافتن جایگزین برای سوخت‌های فسیلی فعالیت خود را آغاز کرده است.

در ماه‌های اخیر، چندین قطعه از این راکتور تجربی به نام “توکامک” برخی به اندازه یک ساختمان چهار طبقه و وزن چند صد تن از کشورهای هند، چین، ژاپن و کره به این سایت تحویل داده شده است.

در عظمت این پروژه همین مقدار کافی است که سلونویید الکترو مغناطیس آن قادر است یک هواپیمای غول پیکر را به سمت خود جذب کند. این راکتور غول پیکر ۱۰ برابر بزرگتر از موارد مشابه است.

اولین نسل از این نوع راکتور در دهه ۱۹۵۰ در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد. این راکتور غول پیکر واکنش ذوب هیدروژن را که به طور طبیعی در قلب خورشید رخ می‌دهد را شبیه‌سازی و بازتولید می‌کند. این همجوشی، دستیابی به دمای ۱۵۰ میلیون درجه سیلسیوس را توسط مخلوطی از دو ایزوتوپ هیدروژن که به پلاسما تبدیل می‌شوند را میسر می‌کند.

در روش همجوشی هسته‌ای، دوتریوم و تریتریوم (دو ایزوتوپ سنگین هیدروژن) را با هم ترکیب و اتم‎ سنگین‌تری به نام “هلیوم” تولید می‌کنند که به این ترتیب ذره نوترون و مقدار زیادی حرارت تولید می‌شود و در بمباران صورت گرفته در داخل راکتور توکامک، نوترون‌های حاصل از این همجوشی گرما تولید می‌کنند که توسط یک مدار آب تحت فشار به شکل بخار، توربین را در یک زنجیره تولید برق به حرکت در می‌آورد.

 ITER می‌تواند اولین پلاسمای خود را در اواخر سال ۲۰۲۵ تولید کند و راکتور در سال ۲۰۳۵ به قدرت کامل برسد. فیوژن هیدروژن یک منبع ایمن و پاک انرژی است و ما را از سوخت‌های فسیلی رهایی می‌بخشد؛ با این مزیت که بر خلاف یک راکتور هسته‌ای، زباله‌های رادیواکتیو تولید نمی‌کند.

سایت ساخت ITER، یکی از بزرگترین سایت‌ها در اروپا، نزدیک به ۴۲ هکتار را پوشش می‌دهد و از زمان آغاز به کار در سال ۲۰۱۰، تعداد ۲۳۰۰ پرسنل را با پیش‌بینی بودجه ۲۰ میلیارد یورو بکار گرفته است و ۱۰ میلیون قطعه از هزاران کارخانه در سراسر جهان به Saint-Paul-lez-Durance ارسال می‌شوند.

به اعتقاد محققان ITER جواهری کاملاً شکل یافته از فناوری خواهد بود و پیش‌بینی می‌شود پیچیده‌ترین و گران‌ترین دستگاهی است که با بزرگترین آهن‌ربا در جهان و رایانه‌های پرقدرت توسط بشر ساخته شده است.

این پروژه در سال ۱۹۸۵ متولد شد، زمانی که رونالد ریگان و میخائیل گورباچف برای اولین بار در ژنو یکدیگر را ملاقات کردند. آنها از وسیع‌ترین همکاری بین‌المللی برای بدست آوردن انرژی [همجوشی] حمایت خود را اعلام کردند. از این رو ITER یک “فناوری دیپلماتیک” به شمار می‎رود؛ زیرا این ایده همچنین راهی برای خروج از جنگ سرد به حساب می‌آمد. سپس جامعه علمی موفق شد تا این فناوری نوآورانه را به عنوان یک راه ضروری برای انرژی تلفیقی به بازار عرضه کند.

در پروژه ITER چندین فناوری برای تولید سوخت (تریتیوم) آزمایش می‌شود و به گفته فیزیکدانان، ITER امکان مطالعه رفتار و پایداری یک پلاسمای غول پیکر را نیز ممکن خواهد کرد.

بیشتر کشورها از این پروژه به ویژه فرانسه بهره‌مند خواهند شد. بطور مثال با بیش از نیمی از قراردادهای اعطا شده در اروپا – در حال حاضر ۳.۷ میلیارد یورو (۴.۱ میلیارد دلار) از کل ۶.۴ میلیارد یورو (۷.۲) – صنعت فرانسه برنده بزرگ است، ITER به شرکت‌ها کمک می‌کند که فناوری را توسعه دهند و پروژه‌های کاربردی را در بخش‌های دیگر مانند فناوری پزشکی بکار گیرند.

ITER دیگر تنها پروژه تحقیقاتی در مورد همجوشی نیست. دوهزار استارتاپ خصوصی در حال توسعه فناوری‌های مشابه یا رقابتی هستند؛ از این رو می‌توانیم امیدوار باشیم که از هر فناوری تلفیقی که به سرعت بهره‌برداری شود، بخشی از نیازهای بشر برآورده شده و تهدیدهای ناشی از تغییرات غیرقابل برگشت آب و هوا کاهش یابد.

پروژه ITER نیز قصد دارد “خورشید را به زمین بیاورد” و نشان دهد که ما می‌توانیم بر واکنش‌های همجوشی هسته‌ای برای تولید انرژی، درست مثل ستاره‌ها تسلط داشته باشیم. اگر بر موانع فناوری غلبه کنیم و اگر ITER موفق شود، ممکن است با این انرژی جدید و ایمن و پاک که می‌تواند جایگزین منابع غیر پایدار شود، دریچه انرژی جدید روی زمین باز شود.

تأثیر پروژه بین‌المللی ITER در حوزه همجوشی متنوع و عمیق است. برای دستیابی به پلاسما در مقیاس راکتور که ۵۰۰ مگاوات قدرت تولید می‌کند، ITER نیاز به توسعه و پیشرفت انواع فناوری‌ها دارد. مشارکت ۳۵ کشور در ITER منجر به دستیابی به مزایای قابل توجهی از جمله فناوری، دانش فنی و تجربه می‌شود.