کیهان آنلاین – ۱۳ مهر ۹۳ – اکتشافات بسیار مهمی که در اوایل قرن بیستم در زمینه فیزیک اتمی و هسته‌ای در اروپا و سپس در آمریکا انجام شد، راه را برای استفاده از شکافت هسته‌ای برای ساخت بمب اتم از یک سو (۱۹۴۴) و رآکتورهای هسته‌ای از سوی دیگر باز کرد. در شکافت هسته‌ای، هسته فلزات سنگین مانند اورانیوم، پلوتونیوم و غیره شکافته شده و مقداری انرژی آزاد می‌شود. در سال‌های بعد از آن ، دانشمندان آمریکائی انریکو فرمی و ادوارد تلر پدیده هسته‌ای جدیدی را کشف کردند.
این کشف جدید عبارت از آن بود که به جای شکافتن هسته اورانیوم و هسته‌های سنگین دیگر، هسته‌های سبک مانند هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن به یکدیگر جوش داده شوند. در این پدیده مقدار انرژی بیشتری آزاد می‌شود اما برای آنکه هسته‌های کوچک به یکدیگر جوش داده شوند، مقداری انرژی لازم است که در شکافت هسته‌ای به آن نیازی نبود. چند سال پس از آن، در ۱۹۵۲، نخستین بمب هیدروژنی بر پایه این پدیده در جزیره‌ای در اقیانوس آرام منفجر شد و کاربرد نظامی پدیده جوش هسته‌ای (Fusion) به مرحله عمل رسید. انرژی لازم برای آغاز واکنش جوش هسته‌ای با استفاده از یک بمب اتمی تامین می‌شد. تمام انرژی که در خورشید و در ستارگان به وجود می‌آید و باعث نور و گرما می‌شود از همین نوع است.
خورشید منبعی از انرژی جوش هسته‌ای
راهکار برای استفاده غیرنظامی از انرژی جوش هسته‌ای
همان گونه که در پدیده شکافت هسته‌ای دانشمندان توانستند طی چند سال از این انرژی در رآکتورهای هسته‌ای بهره بگیرند، در زمینه جوش هسته‌ای نیز آنها دست به کار شدند. مشکل کار در این زمینه آن بود که وقوع پدیده جوش هسته‌ای به حرارتی برابر با چند میلیون درجه سانتی‌گراد نیاز دارد. هیچ فلزی نمی‌تواند چنین دمائی را تحمل کند. بنا بر این می‌بایستی راهکار جدیدی پیدا می‌شد. در دهه ۱۹۶۰ دانشمندان روسی در مرکز هسته‌ای کورچاتوف در مسکو، دستگاهی به نام Tokamak “توکاماک” یا “چنبره” ساختند که هنوز هم پس از بیش از شصت سال از آن استفاده می‌شود. در این دستگاه که شکل آن در اینجا دیده می‌شود، سیم‌پیچی‌هائی که دور توکاماک قرار گرفته، میدان مغناطیسی شدیدی در داخل آن ایجاد می‌کند. در محور داخلی توکاماک، هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن قرار گرفته که به وسیله میدان‌های الکتریکی داغ می‌شوند و دمای آنها به چند میلیون درجه می‌رسد که در این حالت به آن پلاسما می‌گویند. در همین حال، میدان مغناطیسی توکاماک، هیدروژن را روی محور اصلی داخلی آن نگه می‌دارد. در نتیجه، در حالی که در محور اصلی توکاماک دما به چند میلیون درجه می‌رسد، در سطح آن دما از چند صد درجه تجاوز نمی‌کند و مواد سطح چنبره ذوب نمی‌شوند.
این فناوری به زودی در کشورهای دیگر مورد استفاده قرار گرفت و با وجود نوآوری‌های دیگر در این زمینه، فناوری توکاماک یا چنبره هنوز راهکار اصلی استفاده از انرژی جوش هسته‌ای است.
نخستین انفجار بمب هیدروژنی در آمریکا
پژوهش‌ها با استفاده از فناوری توکاماک در سطح جهان
به زودی کشورهای بزرگ و سپس کشورهای دیگر به پژوهش در زمینه استفاده از انرژی جوش هسته‌ای پرداختند. از آنجا که هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن به مقدار زیاد در آتمسفر زمین، آب دریا و خاک زمین وجود دارند، یک منبع انرژی تمام نشدنی در اختیار بشر قرار گرفته بود. اما به زودی آشکار شد که مشکلات فنی در این زمینه به مراتب بیشتر از پدیده شکاف و رآکتورهای هسته‌ای است. علاوه بر مشکلات فنی برای نگه داشتن پلاسما در محور داخلی توکاماک، می‌بایستی برای داغ کردن پلاسما مقداری انرژی مصرف شود. اگر این انرژی از انرژی به دست آمده از جوش هسته‌ای بیشتر شود، این دستگاه اقتصادی نیست زیرا نسبت انرژی مصرف شده بیش از انرژی تولید شده است. پس می‌بایستی راهکارهائی برای برون‌رفت از این مشکل اندیشیده می‌شد. چون هزینه این تحقیقات روز به روز افرایش می‌یافت، کشورهای بزرگ تصمیم گرفتند در این راستا با یکدیگر همکاری کنند و پروژه‌های مشترکی راه بیندازند.
توکاماک یا چنبره که از آن برای واکنش جوش هسته‌ای استفاده می‌شود
نخستین طرح مشترک اروپائی در بریتانیا به نام جت (JET)
نخستین طرح مشترک با شرکت کشورهای اروپا در نزدیکی آکسفورد در بریتانیا در سال ۱۹۸۴ آغاز شد. این طرح Joint European Torus= JET نام گرفت. قطر توکاماک این طرح ۳ متر و سوخت آن دوتریوم و تریسیوم ، ایزوتوپ‌های هیدروژن بود.
آزمایش‌های نهائی با این دستگاه در ۱۹۹۷ انجام گرفت. در این آزمایش‌ها نسبت قدرت تولید شده به قدرت مصرف شده به ۷/۰ رسید یعنی برای هر کیلووات قدرت داده شده، قدرت تولید شده ۷/۰ بود. با وجود پیشرفت‌ها و تجربیات علمی و فنی که در اجرای این طرح به دست آمد، فاصله آن تا نتایج عملی زیاد بود. در پروژه بعدی می‌بایستی این نسبت به عدد ۱۰ برسد.
طرح بین المللی ITER با شرکت ۳۵ کشور
در سال ۲۰۰۷ شماری از کشورهای بزرگ و کوچک تصمیم گرفتند که طرح یک رآکتور جوش هسته‌ای به قدرت ۱۵۰۰ مگاوات را
راه‌اندازی کنند. این طرح International Thermonuclear Experimental Reactor یا به اختصار ITER نام گرفت. محل اجرای این پروژه در مرکز هسته‌ای کاداراش فرانسه در نزدیکی شهر Aix en Provence در جنوب فرانسه است. ۳۵ کشور در این طرح که بودجه آن در حال حاضر ۱۵ میلیارد دلار است شرکت دارند. این کشورها عبارتند از آمریکا، روسیه، چین، هندوستان، ژاپن، کره جنوبی، اعضای اتحادیه اروپا و چند کشور دیگر.
توکاماک طرح اروپائی JET آزمایشگاه JET در نزدیکی آکسفورد
این طرح قرار است در ۲۰۲۰ به بهره‌برداری برسد. سوخت این رآکتور دوتریوم و تریسیوم ، دو ایزوتوپ هیدروژن است و طوری طراحی شده که بتواند ۱۰ برابر انرژی مصرفی خود را تولید کند. اگر نتیجه بهره‌برداری از این طرح مثبت باشد، راه برای طراحی
نیروگاه‌های تولیدکننده انرژی برق گشوده خواهد شد وانسان یک گام به سوی بهره‌برداری از یک منبع انرژی تمام نشدنی نزدیک شده است.
رآکتور طرح ۱۵ میلیارد دلاری ITER در مرکز کاداراش در جنوب فرانسه
علاوه بر اینکه این نوع رآکتور از ایزوتوپ‌های هیدروژن استفاده می‌کند که پایانی ندارند، از نظر ایمنی و تولید پسمان‌های هسته‌ای نیز بسیار بهتر از رآکتورهای هسته‌ای موجود با سوخت اورانیوم هستند. در عین حال، امکان حادثه هسته‌ای در آنها وجود ندارد و پسمان‌های رادیوآکتیو آنها هم بسیار محدودتر از رآکتورهای هسته‌ای است.
