گامی یخ‌زده به‌سوی انرژی بی‌نهایت؛ بریتانیا از قلب برودت به همجوشی می‌رسد

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، دانشمندان بریتانیایی از تأسیسات جدیدی برای تقویت تلاش‌ها در حوزه همجوشی هسته‌ای با هدف دستیابی به انرژی پاک و نامحدود رونمایی کردند.

اتصالات قابل جداسازی مجدد (RMJ) بخشی از سیم‌پیچ‌های میدان توروئیدی یک دستگاه همجوشی هستند که وظیفه مهار پلاسما را بر عهده دارند.

ELSA یک سامانه آزمایشگاهی برودتی است که برای آزمون قطعات بالقوه نیروگاه‌های همجوشی در «مرکز فناوری همجوشی» سازمان انرژی اتمی بریتانیا (UKAEA) طراحی شده است.

پژوهشگران سازمان انرژی اتمی بریتانیا از یک تأسیسات جدید برای تسریع تحقیقات همجوشی هسته‌ای رونمایی کرده‌اند. این تأسیسات که ELSA نام دارد، در مرکز فناوری همجوشی این سازمان در منطقه یورکشایر جنوبی معرفی شده است.

اعضای این تیم اعلام کردند که ELSA با استفاده از دماهای بسیار شدید، شرایط درون یک ماشین همجوشی را شبیه‌سازی می‌کند تا میزان دوام و پایداری «اتصالات قابل جداسازی مجدد» را مورد آزمایش قرار دهد؛ اتصالاتی که برای دسترسی و انجام عملیات تعمیر و نگهداری در طول بهره‌برداری نیروگاه‌های همجوشی ضروری هستند.

ELSA دماهایی در مقیاس برودتی تولید می‌کند

ELSA همانند نام الهام‌بخش خود، دماهایی در مقیاس برودتی بین ۲۰ تا ۷۰ کلوین (معادل منفی ۲۵۳٫۱۵ تا منفی ۲۰۳٫۱۵ درجه سانتی‌گراد) ایجاد می‌کند تا دماهای عملیاتی آهنرباهای ابررسانای دمای بالا (HTS) را شبیه‌سازی کند.

این سامانه با استفاده از دماهای بسیار پایین، داده‌های حیاتی برای مهندسی و طراحی تجهیزات تحت شرایط واقعی نیروگاه‌های همجوشی فراهم می‌کند.

سیم‌پیچ‌های HTS نقش کلیدی در مهار و شکل‌دهی پلاسما در ماشین‌های همجوشی دارند، چرا که با تولید میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی، تلفات مقاومتی ناچیزی ایجاد می‌کنند. مهندسان UKAEA در تلاش هستند تا مقاومت الکتریکی این سامانه‌ها را به حدود یک‌میلیونم مقاومت موجود در تجهیزات الکترونیکی مصرفی برسانند. بر اساس بیانیه خبری منتشرشده، کاهش دما برای دستیابی به میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر، نیاز به مصرف انرژی را به حداقل می‌رساند، هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد و از تجاری‌سازی انرژی همجوشی پشتیبانی می‌کند.

ELSA در حال حاضر در حال آزمایش اتصالات نوآورانه قابل جداسازی مجدد است

این تیم اعلام کرد که ELSA هم‌اکنون در حال آزمایش قطعات نوآورانه «اتصالات قابل جداسازی مجدد» است؛ قطعاتی که دارای مقاومت الکتریکی بسیار پایین هستند و برای انجام تعمیر و نگهداری کارآمد در نیروگاه‌های همجوشی آینده، نقشی اساسی خواهند داشت.

کریس لمب، مدیر مهندسی اتصالات قابل جداسازی مجدد در UKIFS، در این‌باره گفت: اتصالات قابل جداسازی مجدد و دیگر بخش‌های فناوری آهنرباهای ابررسانای دمای بالا، نیازمند تأسیسات برودتی مانند ELSA برای آزمون جنبه‌های مختلف این فناوری‌ها هستند؛ تأسیساتی که تعداد آن‌ها بسیار محدود است.»

وی افزود: «راه‌اندازی تأسیسات ELSA در مرکز فناوری همجوشی، در مجاورت سایت وست برتون پروژه STEP و همچنین ظرفیت بالای تولید صنعتی در پارک پیشرفته تولید، فرصتی فوق‌العاده فراهم می‌کند تا مهندسان بتوانند از نزدیک در مسیر تحقق این فناوری‌های حیاتی HTS فعالیت کنند.»

اعضای تیم تأکید کردند که RMJها بخشی از سیم‌پیچ‌های میدان توروئیدی یک ماشین همجوشی هستند که وظیفه مهار پلاسما را بر عهده دارند. این اتصالات در اطراف قفس مغناطیسی یک توکامک نصب می‌شوند تا امکان دسترسی سریع برای تعمیر و نگهداری در حین بهره‌برداری نیروگاه فراهم شود.

این طراحی نوآورانه اتصالات قابل جداسازی مجدد، بخش حیاتی از برنامه STEP بریتانیا به شمار می‌رود؛ برنامه‌ای برای ساخت یک نیروگاه نمونه انرژی همجوشی در وست برتون، واقع در ناتینگهام‌شایر شمالی، که هدف آن آغاز بهره‌برداری تا سال ۲۰۴۰ است. بر اساس اطلاعات موجود، RMJها برای موفقیت پروژه STEP حیاتی هستند، چرا که امکان دسترسی سریع برای تعمیرات در زمان بهره‌برداری نیروگاه را فراهم می‌کنند.

مسئولیت اجرای برنامه STEP بر عهده شرکت UK Industrial Fusion Solutions Ltd (UKIFS) است که به‌طور کامل زیرمجموعه سازمان انرژی اتمی بریتانیا محسوب می‌شود.

پروفسور مت استفنسون، رئیس مرکز فناوری همجوشی UKAEA، در این‌باره گفت: در اینجا در یورکشایر جنوبی، مأموریت ما پاسخ دادن به این پرسش است که “چگونه؟” می‌توان انرژی همجوشی تجاری و قابل اتکا را محقق کرد.»

وی افزود: «تیم ما با جدیت در حال آزمایش و ارائه نتایج دقیق است تا شرایط بهینه و مواد مناسب برای طراحی نیروگاه‌های بادوام را شناسایی کند. این فعالیت‌ها همچنین شامل بررسی راهکارهای مقرون‌به‌صرفه برای دستیابی به انرژی همجوشی و حفظ پایدار آن می‌شود.»

بر اساس گزارشی که اخیراً توسط شرکت آمـیون به نمایندگی از مقامات محلی منطقه منتشر شده، پروژه STEP در زمان بهره‌برداری کامل نیروگاه، منجر به ایجاد حدود ۶ هزار و ۵۰۰ شغل مستقیم در محل خواهد شد و در مراحل ساخت‌وساز نیز فرصت‌های شغلی بیشتری ایجاد می‌کند. همچنین این پروژه موجب سرمایه‌گذاری قابل توجه در زیرساخت‌های منطقه، به‌ویژه در حوزه حمل‌ونقل و مهارت‌آموزی خواهد شد.

انتظار می‌رود پردیس STEP به یک مرکز جهانی برای تحقیق و توسعه همجوشی تبدیل شود و با همکاری مراکز آموزشی محلی، مسیرهای شغلی مشخصی برای ورود نیروی انسانی به مشاغل مرتبط با همجوشی ایجاد کند.

جیمز کوان، مدیر برنامه STEP در UKIFS، با تأکید بر اهمیت همکاری‌های بین‌رشته‌ای گفت: مهار انرژی ستارگان برای تولید انرژی پاک و پایدار روی زمین، نیازمند همکاری واقعی میان حوزه‌های علمی، مهندسی و ساخت‌وساز است. UKIFS متعهد است بهترین افراد و سازمان‌ها را گرد هم آورد تا پروژه STEP را به سرانجام برساند و ELSA نمونه‌ای روشن از تحقق این رویکرد همکاری‌محور است.»