با وجود پیشرفت‌های علمی بزرگ
دستیابی به برق فیوژن آسان نیست
درست بعد از ساعت یک بامداد روز دوشنبه، ۵ دسامبر، محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا آزمایش موفقیت‌آمیزی را برای تولید انرژی از یک واکنش همجوشی هسته‌ای انجام دادند. مارک هرمان، مدیر برنامه در لارنس لیورمور، روز سه‌شنبه گذشته گفت: ما در نتیجه این آزمایش ۱۵/ ۳ مگاژول انرژی دریافت کردیم، در حالی که انرژی لیزر استفاده شده تنها ۰۵/ ۲ مگاژول بود. این کار قبلا در هیچ آزمایشگاه همجوشی در هیچ کجای جهان انجام نشده بود. بنابراین این اتفاق فوق‌العاده هیجان‌انگیز است. هرمان گفت، برای پرتاب اشعه لیزری که در این آزمایش استفاده شد، حدود ۳۰۰ مگاژول انرژی از شبکه برق مصرف شد. این معادل انرژی است که حدود ۵/ ۲ گالن بنزین تولید می‌کند. تمام این انرژی وارد واکنش همجوشی لیزری شد که انرژی خالص حدود ۱/ ۱ مگاژول را نشان داد که انرژی کافی برای جوشاندن دو یا سه بار یک دمنوش چای است.
عمر هاریکن، دانشمند ارشد لارنس لیورمور، در این خصوص اظهار کرد: این یک دستاورد علمی است، نه یک دستاورد عملی. اما مقدار انرژی به دست آمده مهم نیست، زیرا لیزر استفاده شده در این آزمایش با هدف کارآمدی ساطع نشده بود. هرمان گفت: شدت اشعه لیزر به گونه‌‌ای طراحی شده بود که تا حد امکان نتیجه مورنیاز را به ما بدهد تا این شرایط باورنکردنی را ممکن سازد. بنابراین مراحل بسیار زیادی پیش رو داریم که باید برای رسیدن به همجوشی اینرسی به عنوان منبع انرژی و تولید برق موردنیاز انجام دهیم. این تا حدی به این دلیل است که جایی که نمایش در آن برگزار شد، ۲۰ سال قدمت دارد و با استفاده از فناوری دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ ساخته شده است. این در حالی است که فناوری لیزر از آن زمان تاکنون پیشرفت چشمگیری داشته است. به‌طور کلی دلیل جشن صرفا این بود که همین میزان انرژی ایجاد شده قابل قبول بود.
آرتور تورل، فیزیکدان پلاسما و نویسنده کتاب ستاره‌سازان، می‌گوید: این هیجان‌انگیز است، زیرا ثابت می‌کند که فرآیند همجوشی می‌تواند کار کند و دریچه‌هایی را برای علاقه، سرمایه‌گذاری و نوآوری بیشتر به سمت تبدیل همجوشی به منبع انرژی می‌گشاید. این صنعت به اقدامات اولیه بسیار بیشتری نیاز خواهد داشت. پیشرفت سریع اتفاق می‌افتد، اما دامنه مشکلات هنوز بسیار زیاد است. کمی بیش از یک سال پیش، در ماه اوت ۲۰۲۱، آزمایش موفق دیگری انجام شد که آن را «لحظه برادران رایت» نامیدند. در آن آزمایش برای نخستین بار به اشتعال همجوشی در یک محیط کنترل‌شده دست یافتیم، اما کل انرژی که به واکنش اعمال شد کمتر از آن چیزی بود که بیرون آمد. گفته می‌شود که پلاسما زمانی مشتعل می‌شود که انرژی حاصل از واکنش‌‌های همجوشی بیش از تلفات انرژی باشد که منجر به افزایش سریع دما، فشار و بازده انرژی همجوشی می‌شود. پیش از آن، این شرایط تنها در انفجار تسلیحات هسته‌ای به دست می‌آمد.
در آزمایش سال ۲۰۲۱، افزایش انرژی تنها ۷۳/ ۰ بود. در آزمایش ۵ دسامبر نخستین باری بود که افزایش انرژی بیش از ۰/ ۱به دست آمد و به‌طور خاص، افزایش انرژی تا حد ۵/ ۱ برابر نیز حاصل شد. به دست آوردن هر عددی بالاتر از یک، از نظر روانی بسیار امیدبخش است؛ زیرا نشان می‌دهد فرآیند همجوشی می‌تواند منبع (خالص) انرژی باشد. اما پاتل انتظار دارد در نهایت در لارنس لیورمور شاهد افزایش انرژی ۴ یا ۵ برابری از این تیم حاصل شود. او گفت، اما برای ایجاد انرژی همجوشی تجاری با استفاده از لیزر و تزریق به شبکه برق، به افزایش انرژی تقریبا ۱۰۰ برابری نیاز است. برای رسیدن به آن سطح، به امکانات نوین و پیشرفت‌های فناوری جدید قطعات، مانند لیزرهای کارآمد با پمپ دیود نیاز داریم. این امر به پیشرفت در مفاهیم به اصطلاح پیشرفته مانند احتراق سریع یا احتراق ضربه‌ای نیاز دارد که برای کارآیی بالا طراحی شده‌اند. این مفاهیم نیاز به تاسیسات جدید برای ساخت دارند، بنابراین پیشرفت در این ملزومات احتمالا تا اواخر این دهه طول خواهد کشید.
موریتز فون در لیندن، مدیرعامل استارت‌آپ Marvel Fusion نیز بر اهمیت لیزرهای جدید تاکید کرد و مدعی شد سیستم‌‌های لیزری نسل جدید باید نشان دهند که به راحتی می‌توانند ۱۰ پالس لیزر در ثانیه را با انرژی‌‌های بالا شلیک کنند. لیندن تاکید کرد، همچنین، اهداف پیش رو باید دارای نرخ جذب انرژی کارآمد و تولید انبوه باشند. تنها با اهداف بهینه و آخرین نسل سیستم‌‌های لیزری می‌توان افزایش انرژی خالص را ایجاد کرد که نقطه عطفی برای انقلاب بعدی در صنعت خواهد بود. این یکی از سخت‌‌ترین چالش‌‌های مهندسی است که بشر می‌تواند تصور کند.
بودجه این بخش باید به‌طور چشمگیری افزایش یابد
در حالی که بیش از یک دهه تا تجاری‌سازی فیوژن باید صبر کنیم، سرمایه‌گذاران در حال حاضر پول خود را به این بخش سرازیر کرده‌اند. بر اساس گزارش انجمن صنعت فیوژن، شرکت‌های خصوصی فعال در این صنعت تقریبا ۵ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری داشته‌اند که بیش از نیمی از آن از سه ماه دوم سال ۲۰۲۱ تاکنون بوده است. بیشتر این سرمایه‌‌گذاری‌ها به سمت رویکرد متفاوتی به نام همجوشی مغناطیسی انجام شده است که از یک دستگاه دونات‌شکل به نام توکامک استفاده می‌کند.
به گفته اندرو هالند، مدیرعامل انجمن صنعت فیوژن، تنها حدود ۱۸۰ میلیون دلار برای همجوشی اینرسی هزینه شده است، رویکردی که معمولا در آن از فناوری لیزر استفاده می‌کنند. دنیس وایت، یکی از بنیان‌گذاران CFS، یک استارت‌آپ پیشرو که با فیوژن مبتنی بر توکاماک کار می‌کند و بیش از ۲ میلیارد دلار جمع‌آوری کرده است، می‌گوید صرف نظر از رویکرد، یافته‌های جدید برای کل علم همجوشی بسیار مهم است. وایت تصریح کرد: در حالی که آمادگی فناوری توکامک‌‌ها برای سیستم‌‌های انرژی بالاتر است، پیشرفتی که اعلام شد، یک موفقیت علمی بود که تایید می‌کرد انرژی خالص می‌تواند توسط سوخت‌‌های همجوشی تولید شود. بنابراین این یک نتیجه مهم برای همه تلاش‌‌های علم فیوژن است.
