چه زمانی همجوشی هسته ای نفت و گاز را از تجارت خارج می کند؟

این فصل کریسمس زمان تشکر و امید برای تحمیل جهش های علمی است که در حال انجام است:

اول، شاهزاده ویلیام، بنیانگذار جایزه Earthshots، جوایز را در بوستون در سال 2022 اعلام کرد. یک دسته نامیده شد اقیانوس های ما را زنده کنید. برنده گروهی بود به نام زنان بومی دیوار مرجانی بزرگ. ریف مورد حمله قرار گرفته است و برندگان متعهد به دفاع از آن هستند. آنها برای محافظت از سواحل و لاک پشت ها و حفظ علف های دریایی که ده برابر بیشتر از جنگل های آمازون CO2 جذب می کنند، کار می کنند. آنها با دانش بومی های باستانی رزمی کار می کنند و از ابزارهای مدرن مانند هواپیماهای بدون سرنشین برای نظارت بر تغییرات صخره ها در مرجان ها و همچنین آتش سوزی های داخلی استفاده می کنند.

دوم، به مدت 20 سال، وزارت انرژی ایالات متحده بودجه مفهوم و توسعه یک راکتور هسته ای مدولار کوچک (SMR) به نام ماژول برق NuScale را تامین کرده است. ایمن‌تر، ارزان‌تر، مقیاس‌پذیرتر و بدون کربن مزایا هستند. این تنها SMR است که تاییدیه طراحی را از کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای (NRC) دریافت کرده است. این ماژول با ارتفاع کمتر از 100 فوت، یک استوانه با عرض 15 فوت است که در حمام آب زیر سطح زمین قرار می گیرد. می تواند 77 مگاوات برق تولید کند که می تواند برق 60,000 خانه را تامین کند. هدف این است که تا سال 2029 در آیداهو راه اندازی شود.

سوم، مؤسسه پزشکی دارای یک موفقیت در درمان برخی سرطان ها. این روش سلول‌های T را که بخشی از سیستم ایمنی است که با سرطان مبارزه می‌کند، از بدن خارج می‌کند تا با استفاده از تکنیک CRISPR آنها را اصلاح ژنتیکی کند و سپس دوباره آنها را به عنوان یک "داروی زنده" به بدن تزریق می‌کند. با استفاده از CRISPR، سلول‌های T را می‌توان به دقت تنظیم کرد و در حمله به سلول‌های سرطانی خاص کشنده‌تر شد.

این سلول‌های T را می‌توان در مقادیر زیاد به‌سرعت با استفاده از CRISPR تولید کرد، نه اینکه هفته‌ها یا ماه‌ها قبل منتظر بمانید. در 12 دسامبر 2022، دکتر مک‌گویرک از دانشگاه کانزاس، نتایج آزمایشی را اعلام کرد که به طرز شگفت‌آوری خوب بود و دری جدید به روی درمان سرطان‌ها باز کرد: تومورها در 67 درصد از 32 بیمار مبتلا به سرطان لنفوم کوچک شده بودند. 40 درصد بیماران به بهبودی کامل دست یافتند. اشتیاق زیادی برای پتانسیل این تکنیک برای درمان بسیاری از سرطان های دیگر وجود دارد.

چهارم پیشرفت در همجوشی هسته ای است که بسیار خیره کننده است.

پیشرفت در گداخت هسته ای

در قرن گذشته، بزرگترین قرن فیزیک، یکی از اکتشافات شکافت هسته ای بود. هنگامی که یک اتم سنگین مانند پلوتونیوم از هم جدا می شود، مقدار کمی از جرم از بین می رود و دوباره به عنوان مقدار زیادی انرژی ظاهر می شود - زیرا E = mc^2، که در آن c سرعت نور و یک عدد بسیار بزرگ است.

تحت این تهدید که آلمان بر اساس این واکنش بمبی با واکنش زنجیره ای تولید خواهد کرد، دولت ایالات متحده سرمایه هنگفتی را برای ساختن یک بمب شکافت در لوس آلاموس، نیومکزیکو، نه چندان دور از محل زندگی من، اختصاص داد. در صحرای White Sands در جنوب آلبوکرکی آزمایش شد و در نهایت برای پایان دادن به جنگ با ژاپن مورد استفاده قرار گرفت.

کاربرد تجاری به سرعت به راکتورهای هسته ای در اندازه شبکه در کشورهای مختلف منجر شد. برخی موفق بودند - فرانسه 70 درصد انرژی الکتریکی خود را از 56 رآکتور هسته ای دریافت می کند در حالی که ایالات متحده حدود 20 درصد انرژی خود را از 93 راکتور هسته ای دریافت می کند.

اما زمانی که حوادث وحشتناکی مانند چرنوبیل روسیه در سال 1986 و فوکوشیما ژاپن در سال 2011 رخ می دهد و نگرانی همیشه در مورد دفع زباله های هسته ای در ایالات متحده وجود دارد، موفقیت ناخوشایند است.

یک واکنش هسته ای خواهر زمانی است که دو هسته هیدروژن با غلبه بر نیروهای دافعه مجبور به ادغام به هلیوم می شوند و بار دیگر مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این اساس آزمایشات بمب هیدروژنی ایالات متحده در اقیانوس آرام جنوبی (آتول بیکینی) در دهه 1950 قبل از معاهده ممنوعیت آزمایش در سال 1963 بود.

کاربرد تجاری همجوشی هسته‌ای در طول دهه‌ها از آن زمان تاکنون مورد توجه بوده است. به عنوان مثال، یک تلاش در آزمایشگاه ملی Sandia در آلبوکرکی است، جایی که پلاسمای باردار داغ توسط میدان های الکتریکی محدود می شود. ایده این بود که پلاسما را محدود، فشرده و گرم کنیم (انرژی درون) تا زمانی که هسته های هیدروژن ادغام شوند (انرژی خارج شوند). اما انرژی ورودی همیشه بیشتر از مصرف انرژی بود.

کاربرد تجاری دیگر در آزمایشگاه لاورنس لیورمور در منطقه خلیج سانفرانسیسکو کالیفرنیا بود. اینجا 192 لیزر استفاده شد برای محدود کردن، فشرده کردن و گرم کردن پلاسما با انفجار یک گلوله 1 میلیون دلاری از ایزوتوپ های هیدروژن مخلوط. نتایج همیشه یکسان بود - تا کنون. در هفته منتهی به 16 دسامبر 2022 اعلام شد، مصرف انرژی (3.1 مگاژول) برای اولین بار بیشتر از مصرف انرژی (2.1 مگاژول) بود. این یک پیشرفت واقعی است. دمای بدست آمده 3 میلیون درجه سانتیگراد بود.

قرار دادن این در چشم انداز.

اولاً، ورود انرژی در مقابل مصرف انرژی بسیار ساده است، زیرا برای روشن کردن لیزرها به انرژی بسیار بیشتری نیاز است: 400 مگاژول. رجوع به رفرنس 1 شود.

دوم، داستان موفقیت فقط در مورد یک رویداد بود - یک جرقه همجوشی. برای عملی بودن به بسیاری از رویدادهای همجوشی در دقیقه نیاز دارد و به لیزری با هزاران بار قدرتمندتر نیاز دارد. بعلاوه هزینه آن باید یک میلیون بار ارزان تر باشد (مرجع 1). در یک کلام، این یک موفقیت، اگرچه الهام‌بخش است، حتی به تصور کاربرد عملی هم نزدیک نیست.

بنابراین ارزان نیست و عملی نیست، اما انرژی با شدت بالا تولید می کند و بدون کربن خواهد بود.

انرژی شکافت هسته ای است یک میلیون برابر قدرتمندتر بیش از هر منبع انرژی دیگر روی زمین و این دلیل بزرگی است که چرا در کشورهایی مانند فرانسه و ایالات متحده آمریکا برای ساخت ده ها نیروگاه هسته ای سرمایه گذاری شده است.

همجوشی هسته ای 3 تا 4 برابر بیشتر از شکافت هسته ای انرژی ایجاد می کند. این یک بخش از رویا است. بخش دیگری از رؤیای همجوشی این است که هیچ زباله هسته ای برای دفع وجود ندارد - زباله هایی که ممکن است صدها یا هزاران سال طول بکشد تا تجزیه شوند. بخش سوم این است که همجوشی یک واکنش زنجیره ای نیست، بنابراین خطر واکنش های هسته ای و انفجارهای فراری وجود ندارد.

از آنجایی که تولید الکتریسیته مسئول حدود یک سوم انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان است، بخش پایانی این رویا، نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای است که در سراسر یک کشور پاشیده می‌شوند تا انرژی الکتریکی بدون کربن با شدت بالا ارائه کنند.

اما به یاد داشته باشید، این فقط یک رویا است. با وجود مزایایی که دارد، همجوشی هسته‌ای بدون کربن صنعت نفت و گاز را تا سال 2050 و شاید حتی تا سال 2100 از کار نخواهد انداخت.

غذاهای آماده

بشر منبع نور و گرمای خورشید را تکرار کرده است. در حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد، فضای داخلی گازی خورشید تحت فشار فوق العاده ای فشرده می شود - یک قاشق چای خوری 750 گرم یا 1.65 پوند وزن دارد. برای تکرار شرایط داخلی خورشید در آزمایشگاه و رسیدن به نقطه شکست (انرژی بیش از مصرف انرژی ) یک شاهکار چشمگیر است.

اما گداخت هسته ای حتی به تصور کاربرد تجاری هم نزدیک نیست.

پس چرا ما برای بررسی آن پول زیادی خرج می کنیم؟ زیرا این کاری است که کشورهای پیشرفته انجام می دهند. آن ها تلسکوپ هایی مانند جیمز وب می سازند و برای مطالعه کیهان روی ماهواره ها نصب می کنند. آنها موشک هایی می سازند تا مردان و زنان را روی ماه بگذارند. آنها مسیرهای مسابقه مغناطیسی می سازند تا پروتون ها را قبل از برخورد به سرعت نور شتاب دهند و ذرات زیراتمی گریزانی مانند بوزون هیگز را در قطعات آشکار کنند.

سیاست نقش مهمی در تصمیم گیری برای توزیع حمایت و بودجه دولت برای علم دارد. خوشبختانه، همانطور که در بالا گزارش شد، نمونه‌های زیادی از کشورهایی وجود دارد که از علم برای حل مشکلات فوری استفاده می‌کنند که مستقیماً به نفع بشر است.

مرجع 1: اورشلیم دمساس، قدرت خورشید، آتلانتیک دیلی، 16 دسامبر 2022.