۴ ژوئن ۲۰۲۵-همجوشی هسته‌ای -©shutterstock/JavierLizarazo
موسسه هسته‌ای دالتون ضمن بررسی پتانسیل همجوشی هسته‌ای به عنوان یک منبع انرژی آینده و چالش‌های پیش رو، بر اهمیت مواد هسته‌ای تأکید می‌کند.تحقیقات هسته‌ای و کاربردهای آن به سرعت در حال تکامل است و آینده تولید انرژی، پیشرفت‌های پزشکی و امنیت ملی را شکل می‌دهد.
در خط مقدم این نوآوری، موسسه هسته‌ای دالتون در دانشگاه منچستر قرار دارد که به عنوان پیشرو در تحقیقات هسته‌ای در بریتانیا شناخته می‌شود. این موسسه با تمرکز جامعی که همه چیز را از همجوشی گرفته تا علوم اجتماعی در بر می‌گیرد، راه را برای اکتشافات پیشگامانه و پیشرفت‌های فناوری هموار می‌کند.
پلتفرم نوآوری با عنیقه خان و پاتریک هکت از موسسه هسته‌ای دالتون صحبت کرد تا اطلاعات بیشتری در مورد کار آن کسب کند و بینش‌هایی در مورد چشم‌انداز هسته‌ای به دست آورد.
آیا می‌توانید مروری بر موسسه هسته‌ای دالتون و محیط تحقیقات هسته‌ای در دانشگاه منچستر ارائه دهید؟
موسسه هسته‌ای دالتون یک سازمان مادر است که طیف وسیعی از تحقیقات هسته‌ای در دانشگاه منچستر را پوشش می‌دهد. این شامل همه چیز از شکافت هسته‌ای گرفته تا همجوشی، کاربردهای پزشکی و علوم اجتماعی می‌شود. این موسسه بزرگترین و جامع‌ترین ظرفیت تحقیقات هسته‌ای دانشگاهی بریتانیا را دارد.
چرا مواد هسته‌ای در چشم‌انداز علمی و فناوری امروز ضروری تلقی می‌شوند؟ آیا می‌توانید نقش آنها را در تولید انرژی، کاربردهای پزشکی و امنیت ملی مورد بحث قرار دهید؟
مواد هسته‌ای یک حوزه تحقیقاتی بسیار مهم هستند. ما به موادی نیاز داریم که بتوانند در برابر محیط‌های چالش‌برانگیزی که در راکتورهای شکافت هسته‌ای و همجوشی رخ می‌دهند، مقاومت کنند. آنها ما را قادر می‌سازند تا راکتورهای شکافت هسته‌ای فعالی بسازیم که انرژی را به شبکه وارد می‌کنند، و همچنین راکتورهای همجوشی تجربی و امیدواریم در آینده راکتورهای همجوشی عملیاتی بسازیم. آنها همچنین به ما اجازه می‌دهند تا تشخیص‌ها و درمان‌های مختلفی را در بخش پزشکی انجام دهیم.
آیا می‌توانید فرآیند همجوشی هسته‌ای و مقایسه آن با شکافت هسته‌ای را توضیح دهید؟
همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که به خورشید نیرو می‌دهد، جایی که دو اتم با هم ترکیب می‌شوند (برخلاف شکافت، که در آن اتم‌ها را می‌شکنیم) و مقادیر عظیمی از انرژی آزاد می‌کنند. بازآفرینی شرایط مرکز خورشید روی زمین یک چالش بزرگ است. ما باید ایزوتوپ‌های گاز هیدروژن (دوتریوم و تریتیوم) را گرم کنیم تا به حالت چهارم ماده، به نام پلاسما، تبدیل شوند. برای اینکه اتم‌ها روی زمین با هم ترکیب شوند، به دمایی ده برابر داغ‌تر از خورشید – حدود ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد – و چگالی به اندازه کافی بالا از اتم‌ها و برای مدت زمان کافی نیاز داریم. واکنش بین دوتریوم و تریتیوم منجر به تولید هلیوم و نوترون‌های پرانرژی (۱۴ مگا الکترون ولت) می‌شود.
همجوشی به عنوان یک منبع انرژی سبز در نظر گرفته می‌شود زیرا دی اکسید کربن را در جو آزاد نمی‌کند. اگر بتوانیم آن را به کار بیندازیم، این پتانسیل را دارد که یک بار پایه پایدار برق برای شبکه و همچنین پتانسیل کاربردهای ثانویه مانند تولید هیدروژن یا گرمایش فراهم کند. هنوز آماده نیست و بنابراین، نمی‌تواند در حال حاضر به ما در بحران آب و هوا کمک کند. با این حال، اگر پیشرفت ادامه یابد، این پتانسیل را دارد که در نیمه دوم قرن حاضر بخشی از ترکیب انرژی سبز باشد و باید بخشی از استراتژی بلندمدت ما باشد، در حالی که ما در کوتاه‌مدت از سایر فناوری‌های موجود مانند شکافت هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌کنیم.
همجوشی هسته‌ای برای مقابله با بحران آب و هوا خیلی عقب افتاده است. ما در حال حاضر با ویرانی تغییرات آب و هوایی در مقیاس جهانی روبرو هستیم. در کوتاه‌مدت، باید از فناوری‌های کم کربن موجود، مانند شکافت هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر، استفاده کنیم، در حالی که برای بلندمدت در همجوشی هسته‌ای سرمایه‌گذاری کنیم تا بخشی از یک ترکیب متنوع انرژی کم کربن باشیم. ما باید هر آنچه را که داریم برای بحران آب و هوا به کار گیریم. در تمام این فناوری‌ها، باید در آموزش افراد از سراسر جهان سرمایه‌گذاری کنیم تا بتوانند راه‌حل‌های لازم برای مقابله با تغییرات آب و هوایی را توسعه دهند. داشتن استراتژی‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت مهم است.
اهداف تحقیقاتی اصلی که در حال حاضر در برنامه‌های همجوشی هسته‌ای دنبال می‌شوند چیستند و این اهداف چگونه به چالش‌های تولید انرژی می‌پردازند؟
اهدافی برای نشان دادن بهره انرژی مهندسی خالص وجود دارد:
یک هدف کلیدی، نشان دادن بهره انرژی مهندسی خالص است.
توسعه موادی که بتوانند نوترون‌های پرانرژی و بارهای حرارتی شدید مرتبط با همجوشی هسته‌ای را تحمل کنند،
پرورش و جابجایی تریتیوم،
محدود کردن و نشان دادن پلاسمای سوزان،
توسعه بیشتر تکنیک‌های جابجایی از راه دور/نگهداری رباتیک،
تکنیک‌های تولید نوین و توسعه زنجیره تامین مرتبط.
مهندسی دیجیتال،
تدوین مقررات به گونه‌ای که وقتی فناوری آماده شد، بتوانیم انرژی همجوشی را در شبکه به دست آوریم.
برخی از چالش‌های اصلی پیش روی حوزه تحقیقات همجوشی هسته‌ای امروز چیست؟ هو
ایمنی انرژی همجوشی در مقایسه با شکافت هسته‌ای و سایر منابع انرژی چگونه است؟
ما هنوز تا همجوشی تجاری فاصله زیادی داریم. ما به یک مهندسی برای افزایش انرژی خالص کل دستگاه نیاز داریم که تمام ناکارآمدی‌های نیروگاه را در نظر بگیرد. ساخت یک نیروگاه همجوشی نیز چالش‌های مهندسی و مواد زیادی دارد. با این حال، سرمایه‌گذاری در همجوشی در حال افزایش است و ما در حال پیشرفت واقعی هستیم. ما باید تعداد زیادی از افراد را با مهارت‌های لازم برای کار در این زمینه آموزش دهیم و امیدوارم این فناوری در نیمه دوم قرن مورد استفاده قرار گیرد. همکاری جهانی کلید دستیابی به این هدف است.هر فناوری خطراتی دارد. شکافت و همجوشی سیستم‌هایی برای مدیریت این خطرات دارند.
چه استراتژی‌هایی در بریتانیا برای مدیریت زباله‌های هسته‌ای در حال توسعه است؟ تحقیقات در موسساتی مانند موسسه هسته‌ای دالتون چگونه به یافتن راه‌حل‌های موثر کمک می‌کند؟
رسیدگی به از رده خارج کردن و اصلاح مواد رادیواکتیو قدیمی یک چالش جهانی مهم است که هدف نهایی آن ذخیره‌سازی ایمن، مطمئن و سازگار با محیط زیست زباله‌های رادیواکتیو با هزینه‌ای مقرون به صرفه است.
ما توسط تحقیقات و نوآوری بریتانیا و صنعت به عنوان مثال خدمات پسماند هسته‌ای، Sellafield Ltd. تأمین مالی می‌شویم و دفتر پشتیبانی تحقیقات خدمات پسماند هسته‌ای (NWS RSO)، مرکز پلوتونیوم NDA و مرکز تخصصی پساب و رفع آلودگی Sellafield (SEDCoE) را با همکاری شرکای کلیدی دانشگاه رهبری می‌کنیم. یکی از ویژگی‌های کلیدی تحقیقات ما، همکاری نزدیک بین متخصصان موضوعی دانشگاهی و صنعتی برای تعریف تحقیقاتی است که زیربنای چالش‌های زیست‌محیطی هسته‌ای در دنیای واقعی را تشکیل می‌دهد.
فراتر از تولید انرژی، چه کاربردهای بالقوه‌ای می‌تواند از پیشرفت‌های فناوری همجوشی هسته‌ای ناشی شود؟ چگونه می‌توان همجوشی را در بخش‌های دیگر، مانند حمل و نقل یا صنعت، ادغام کرد؟
تولید گرمای فرآیند می‌تواند یکی دیگر از کاربردهای همجوشی هسته‌ای در آینده باشد. هر صنعتی که به مقادیر زیادی گرما نیاز دارد، از این امر بهره‌مند خواهد شد. فناوری‌های توانمندساز، مانند آهنرباهای ابررسانای دمای بالا و رباتیک، که برای همجوشی توسعه داده می‌شوند، در طیف وسیعی از صنایع نیز قابل استفاده هستند.
زمان تخمینی برای دستیابی به همجوشی هسته‌ای موفق چیست و چه عواملی ممکن است بر توسعه آن به عنوان یک منبع قابل اعتماد برای تولید انرژی تأثیر بگذارند؟
همجوشی هسته‌ای این پتانسیل را دارد که در نیمه دوم قرن حاضر بخشی از ترکیب انرژی سبز باشد و باید بخشی از استراتژی بلندمدت ما باشد، در حالی که در کوتاه‌مدت از سایر فناوری‌های موجود مانند شکافت هسته‌ای و انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده می‌کنیم.
