15 آوریل 2025 -پروژه FAST-نقشه کلی دستگاه همجوشی پروژه FAST، شامل توکامک ابررسانا و زیرسیستم های یکپارچه، برای پایداری پلاسما، تبدیل انرژی، و چرخه سوخت دوتریوم-تریتیوم -تصویر: دفتر پروژه FAST
میکی نیشیمورا، مدیر پروژه پروژه FAST، درباره ابتکار جدید ژاپن با هدف دستیابی به تولید برق مبتنی بر همجوشی تا پایان دهه 2030 بیشتر توضیح می‌دهد.
با تشدید سفر جهانی برای دستیابی به تجاری سازی همجوشی، کشورهای بیشتری منابع و تلاش های خود را در تحقیق و توسعه فیوژن جمع می کنند. ژاپن که بزرگترین رآکتور همجوشی هسته‌ای آزمایشی کنونی جهان، JT-60SA است، پیشرو اصلی در رقابت بین‌المللی برای دستیابی به قدرت همجوشی در مقیاس تجاری است.
با تکیه بر نقاط قوت و شهرت ژاپن در بخش همجوشی هسته ای، یک ابتکار جدید بخش خصوصی – پروژه FAST (Fusion by Advanced Superconducting Tokamak) – در پایان سال 2024 راه اندازی شد. هدف این پروژه دستیابی به تولید برق مبتنی بر همجوشی تا پایان دهه 2030 است.
FAST در یک سایت منتخب در ژاپن قرار خواهد گرفت و هدف آن تولید و حفظ پلاسمایی از واکنش‌های دوتریوم-تریتیوم (D-T) است که یک سیستم انرژی همجوشی یکپارچه را نشان می‌دهد که تبدیل انرژی، از جمله تولید برق و فناوری‌های سوخت را ترکیب می‌کند. این پروژه از پیکربندی توکامک استفاده می‌کند که به دلیل داده‌های تثبیت‌شده و مقیاس‌پذیری آن انتخاب شده است.
آیا می توانید توضیح دهید که پروژه FAST چیست؟
FAST یک ابتکار تازه راه اندازی شده با هدف نشان دادن تولید برق و سایر فناوری های مسیر حیاتی مورد نیاز برای یک نیروگاه همجوشی در دهه 2030 است. این پروژه به دنبال تسریع توسعه همجوشی به عنوان یک منبع انرژی بادوام با ادغام فناوری های پیشرفته از طریق همکاری با صنایع کلیدی و شرکای تحقیقاتی است.
FAST یک تلاش تحت رهبری بخش خصوصی است که دانشگاه های برتر ژاپن، موسسات تحقیقاتی ملی و پیشروان صنعت را با همکاری شرکای بین المللی از بریتانیا، ایالات متحده و کانادا گرد هم می آورد. بهره گیری از نقاط قوت ژاپن در فناوری همجوشی، – از جمله توکامک JT-60SA و قابلیت های زنجیره تامین پرورش یافته از طریق ITER – FAST نشان دهنده یک همکاری منحصر به فرد صنعت-دولت-آکادمی به رهبری ژاپن است که توسعه انرژی همجوشی را در مقیاس ملی و جهانی پیش می برد.
چه چیزی این پروژه را منحصر به فرد می کند و چگونه می تواند تکمیل کننده سایر پروژه های همجوشی باشد؟
FAST با تأکید بر اعتبار سنجی سریع فناوری و اجرای عملی خود را متمایز می کند. این برای پر کردن شکاف بین پلاسمای تجربی و استقرار تجاری طراحی شده است.
متمایز کننده های کلیدی عبارتند از:
نمایش دوتریوم-تریتیوم (D-T) عملیات پلاسما
در حالی که بیشتر پروژه‌های همجوشی تا به امروز از واکنش دوتریوم-دوتریوم (D-D) استفاده کرده‌اند، FAST قصد دارد یک واکنش دوتریوم-تریتیوم (D-T) را تولید و حفظ کند – در نتیجه از سوخت واقعی ضروری برای یک نیروگاه همجوشی استفاده می‌کند. این یک گام مهم به سمت تولید برق واقعی است، زیرا شامل مدیریت تریتیوم و اثبات امکان نمایش قدرت در مقیاس کامل از طریق یکپارچه سازی سیستم، از جمله چرخه سوخت همجوشی است.
همکاری جهانی و داخلی
FAST بر پایه‌ی قوی همکاری جهانی و مشارکت‌های داخلی صنعت و دانشگاه ژاپن استوار است و آن را به عنوان یک ابتکار انرژی همجوشی منحصر به فرد متمایز می‌کند. در صحنه جهانی، FAST با گردآوری محققان از مؤسسات پیشرو و شرکای صنعتی کلیدی در سراسر ژاپن، بریتانیا، ایالات متحده و کانادا، همکاری بین‌المللی را تقویت می‌کند و از این طریق تخصص برخی از پیشرفته‌ترین سازمان‌ها و صنایع تحقیقاتی همجوشی جهان را ادغام می‌کند.
ما فعالانه از محققان، شرکای صنعتی و همکاران در سراسر جهان برای مشارکت در این ابتکار پیشگام استقبال می کنیم. در ژاپن، FAST عمدتاً توسط شرکت‌های خصوصی هدایت می‌شود، به روشی شبیه به ابتکارات پیشرو فیوژن در حال انجام در ایالات متحده. در عین حال، با ادغام قابلیت‌های تحقیقاتی در کلاس جهانی ژاپن از طریق مشارکت با دانشگاه‌های برتر این کشور و مؤسسات تحقیقاتی ملی تقویت می‌شود. بنابراین، این پروژه از نقاط قوت ژاپن کاملاً بهره می‌برد و از طراحی و فناوری‌های JT-60SA – بزرگترین توکامک جهان – استفاده می‌کند و در عین حال از تخصص زنجیره تأمین پرورش یافته از طریق پروژه ITER، شامل آهن‌ربا، ژیروترون و انژکتور پرتو خنثی (NBI) (اما نه محدود به) استفاده می‌کند. این همکاری صنعت، دولت و دانشگاه به رهبری ژاپن به عنوان الگویی برای تسریع توسعه انرژی همجوشی، هم در داخل و هم در سطح بین‌المللی، با هدف تحقق عملی تولید برق از همجوشی عمل می‌کند.
طراحی فشرده و در عین حال تاثیرگذار برای قدرت همجوشی عملی
FAST یک پیکربندی توکامک را اتخاذ می کند – یک روش محصورسازی پلاسما با گسترده ترین پایه تحقیقاتی.
این به طور خاص از طراحی توکامک با نسبت ابعاد پایین و سیم پیچ‌های ابررسانا با دمای بالا (HTS) استفاده می‌کند که به سیستم فشرده‌تر و مقرون به صرفه‌تر با جدول زمانی ساخت کوتاه‌تر اجازه می‌دهد. با وجود اندازه جمع و جور خود، FAST به عنوان یک پلت فرم حیاتی برای پیشبرد قدرت همجوشی عملی عمل می کند و به توسعه دستگاه های نمایشی (DEMO) و نیروگاه های آزمایشی همجوشی (FPPs) کمک می کند. با ادغام فن آوری های پیشرفته، FAST پیشرفت به سوی تحقق انرژی همجوشی تجاری را تسریع می کند.
طرف های اصلی درگیر در پروژه چه کسانی هستند؟
پروژه FAST یک تلاش مشترک شامل نهادهای پیشرو، سازمان های دولتی و شرکای بخش خصوصی است. این شامل مشارکت‌های مؤسسات تحقیقاتی پیشرفته، شرکت‌های مهندسی، و شرکت‌های انرژی است که همگی با هم کار می‌کنند تا پیشرفت در تولید برق همجوشی را پیش ببرند.
می توانید مراحل پیشنهادی پروژه را توضیح دهید؟
فاز طراحی مفهومی (تا سال مالی 2025): طراحی مفهومی
فاز توسعه و مهندسی (تا سال 2028): اجزای کلیدی
شروع ساخت و ساز تا سال 2030.
مونتاژ و فاز اول پلاسما (تا سال 2035): سیستم را مونتاژ کنید و اولین احتراق پلاسما
فاز نمایشی تولید برق (اواخر دهه 2030): نمایش تولید برق همجوشی
تاکنون چه دستاوردهایی حاصل شده است؟
یک تیم طراحی مفهومی متشکل از محققان پلاسما، محققان مهندسی و کارشناسان قبلاً ایجاد شده است و بحث‌های طراحی مفهومی به خوبی در حال انجام است. به زودی، ما با شرکای صنعتی همکاری خواهیم کرد و تلاش‌های مربوط به درخواست سایت را تسریع خواهیم کرد.
آیا تاکنون با چالش‌های مهمی مواجه شده‌اید و اگر چنین است، چگونه بر آن‌ها غلبه کرده‌اید؟
این پروژه هنوز در مراحل اولیه خود است، اما پیش‌بینی می‌کنیم که با چالش‌های فنی مختلفی در حین حرکت روبه‌رو شویم. این چالش‌ها از طریق تیم جهانی قوی ما – یک همکاری صنعت و دانشگاه به رهبری بخش خصوصی – که متخصصان فیوژن از ژاپن و خارج از کشور را گرد هم می‌آورد، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
