رؤیای هزارساله کیمیاگران با فناوری همجوشی هسته‌ای به واقعیت نزدیک شد
به گزارش خبرگزاری آنا؛ استارتاپ ماراتن فیوژن مستقر در سان‌فرانسیسکو مدعی شده است که در آزمایشی با استفاده از نوترون‌های حاصل از همجوشی هسته‌ای، جیوه را به طلای پایدار تبدیل کرده است. این شرکت در اعلام نتیجه آزمایش، نرخ تولید خود را ۱۰ برابر رکورد پیشین سازمان پژوهش‌های هسته‌ای اروپا (سرن) توصیف کرده، اما جزئیاتی درباره جرم طلای تولیدشده، خلوص محصول و هزینه دستیابی به آن ارائه نکرده است. این ادعا بار دیگر ایده قدیمی تبدیل فلزات به طلا را مطرح کرده، با این تفاوت که مسیر پیشنهادی به واکنش‌های هسته‌ای وابسته است. در نتیجه، ارزیابی اهمیت علمی و اقتصادی آن به اطلاعاتی فراتر از وقوع تبدیل نیاز دارد؛ از جمله مقدار محصول قابل استخراج، هزینه تجهیزات، میزان انرژی مصرفی و امکان تکرار فرایند در مقیاس صنعتی. هرچند تبدیل عناصر به یکدیگر از نظر علمی پدیده تازه‌ای نیست، دستیابی به روشی که بتواند طلا را در مقادیر قابل توجه و با هزینه رقابتی تولید کند، همچنان چالشی جدی محسوب می‌شود.
جیوه چگونه به طلای پایدار تبدیل می‌شود؟
روش پیشنهادی ماراتن فیوژن بر استفاده از ایزوتوپ جیوه‌ـ۱۹۸ و نوترون‌های پرانرژی حاصل از همجوشی دوتریوم و تریتیوم استوار است. برخورد نوترون با هسته این ایزوتوپ، واکنشی ایجاد می‌کند که در آن ۲ نوترون آزاد می‌شوند و جیوه‌ـ۱۹۷ به وجود می‌آید. این ایزوتوپ ناپایدار سپس از طریق فرایند واپاشی موسوم به جذب الکترون، به طلا‌ـ۱۹۷ تبدیل می‌شود که تنها ایزوتوپ پایدار طبیعی طلاست. نیمه‌عمر جیوه‌ـ۱۹۷ حدود ۶۴ ساعت است و به همین دلیل، تبدیل آن به طلا بلافاصله پس از برخورد نوترون اتفاق نمی‌افتد. موضوع به تغییر ساختار هسته اتم مربوط می‌شود و با فرایند‌های شیمیایی معمول مانند ذوب کردن، ترکیب مواد یا آبکاری تفاوت دارد. تبدیل هسته‌ای عناصر پیش‌تر نیز انجام شده بود، اما تولید مقدار قابل توجهی طلا با هزینه اقتصادی همچنان مسئله اصلی است.
در این فرایند، نوترون‌های حاصل از واکنش همجوشی انرژی بسیار بالایی دارند و انرژی آن‌ها به حدود ۱۴ مگاالکترون‌ولت می‌رسد. این ویژگی برای انجام واکنش هسته‌ای موردنظر اهمیت دارد؛ زیرا برخورد نوترون‌های پرانرژی با جیوه‌ـ۱۹۸ می‌تواند شرایط لازم برای آزاد شدن ۲ نوترون و تشکیل هسته جدید را فراهم کند. برخلاف تصور رایج از تبدیل فلزات به طلا، در این روش صرفاً ظاهر یا ترکیب شیمیایی ماده تغییر نمی‌کند، بلکه تعداد پروتون‌های هسته در نتیجه زنجیره واکنش و واپاشی تغییر می‌یابد و عنصر دیگری شکل می‌گیرد. چنین فرایندی به تجهیزات هسته‌ای تخصصی و کنترل دقیق شرایط واکنش نیاز دارد و نمی‌توان آن را با روش‌های متداول تولید یا فرآوری فلزات مقایسه کرد.
در طرح این شرکت، جیوه در لایه‌ای پیرامون بخش واکنش همجوشی قرار می‌گیرد و علاوه بر تولید طلا، به تکثیر نوترون‌ها نیز کمک می‌کند. نوترون‌های اضافی می‌توانند در واکنش با لیتیوم برای تولید تریتیوم استفاده شوند؛ سوختی که ادامه فعالیت راکتور به آن وابسته است. ماراتن فیوژن می‌گوید مزیت طرحش آن است که تولید طلا می‌تواند در کنار تولید برق و تأمین سوخت انجام شود. این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که نیروگاه‌های همجوشی برای فعالیت پایدار باید بتوانند تریتیوم مصرفی خود را تأمین کنند و استفاده از نوترون‌ها برای تولید محصولی دیگر نباید این چرخه را مختل کند. با این حال، سازگاری این اجزا در یک مدل محاسباتی با راه‌اندازی مجموعه‌ای صنعتی که به‌صورت مداوم و اقتصادی کار کند، فاصله دارد و به حل مسائل مهندسی وابسته است.
تولید چند تن طلا فعلاً برآورد یک نیروگاه آینده است
پژوهشگران این شرکت در مقاله فنی خود، با شبیه‌سازی انتقال نوترون‌ها، ظرفیت تولید حدود ۲ تن طلا در سال به ازای هر گیگاوات توان حرارتی را برآورد کرده‌اند. این عدد ظرفیت محاسبه‌شده برای یک پیکربندی پیشنهادی نیروگاه همجوشی است و مقدار محصول آزمایش اخیر را نشان نمی‌دهد. همچنین منظور از توان حرارتی، انرژی تولیدشده در واکنش‌های هسته‌ای است و نباید آن را با توان برق قابل تحویل به شبکه یکسان دانست. شرکت معتقد است فروش طلا در کنار برق می‌تواند درآمد نیروگاه را به‌طور قابل توجهی افزایش دهد و حتی در برخی سناریو‌های محاسباتی، درآمد حاصل از فعالیت نیروگاه را تقریباً دو برابر کند. تحقق چنین برآوردی به ساخت نیروگاه مناسب، تهیه مواد اولیه، جداسازی محصول و هزینه‌های بهره‌برداری وابسته خواهد بود؛ جزئیاتی که برای سنجش اقتصادی بودن تولید اهمیت تعیین‌کننده دارند.
در همین زمینه، تفاوت میان آزمایش اخیر و مطالعات پیشین شرکت اهمیت زیادی دارد. ماراتن فیوژن در پژوهش منتشرشده خود، عملکرد یک سامانه پیشنهادی را با ابزار‌های شبیه‌سازی هسته‌ای بررسی کرده بود، در حالی که ادعای جدید به انجام آزمایشی عملی مربوط می‌شود. با وجود این، شرکت هنوز داده‌های کافی برای تعیین مقدار طلای تولیدشده و مقایسه دقیق نرخ تولید با آزمایش‌های پیشین منتشر نکرده است. همچنین مشخص نیست شرایط آزمایش تا چه اندازه با محیط عملیاتی یک نیروگاه همجوشی قابل مقایسه بوده است. بنابراین، حتی در صورت تأیید مستقل نتیجه آزمایش، نمی‌توان ظرفیت تولید چندتنی مطرح‌شده در مقاله را دستاوردی محقق‌شده دانست.
یکی دیگر از موانع، تشکیل ایزوتوپ‌های پرتوزا در محصول است. پایدار بودن طلا‌ـ۱۹۷ به این معنا نیست که تمام مواد حاصل از تابش‌دهی بلافاصله آماده عرضه هستند. بر اساس بررسی فنی شرکت، محصول ممکن است برای کاهش پرتوزایی به دوره‌ای طولانی از نگهداری نیاز داشته باشد که در برخی شرایط به حدود ۱۸ سال می‌رسد. این فاصله زمانی، علاوه بر هزینه نگهداری و الزامات ایمنی، زمان بازگشت سرمایه را نیز تغییر می‌دهد. از سوی دیگر، جداسازی طلا از جیوه و سایر محصولات حاصل از واکنش باید با روش‌هایی انجام شود که خلوص مناسب محصول نهایی را تضمین کنند. مدیریت مواد پرتوزا، کنترل آلودگی احتمالی و رعایت الزامات ایمنی نیز از عواملی هستند که می‌توانند هزینه نهایی تولید را افزایش دهند. در نتیجه، محاسبه ارزش طلای تولیدشده بدون در نظر گرفتن زمان و هزینه آماده‌سازی آن برای عرضه، تصویر کاملی از اقتصاد این روش ارائه نمی‌کند.
آیا این فناوری می‌تواند قیمت طلا را کاهش دهد؟
اعلام تبدیل جیوه به طلا به‌تنهایی مبنایی برای پیش‌بینی افت قیمت این فلز نیست. اثر احتمالی بر بازار به میزان تولید قابل فروش و هزینه نهایی آن وابسته است؛ اطلاعاتی که درباره آزمایش اخیر منتشر نشده‌اند. همچنین ظرفیت‌های چندتنی مطرح‌شده به نیروگاه‌های پیشنهادی آینده مربوط هستند و نباید با عرضه فعلی طلا اشتباه گرفته شوند. حتی در صورت دستیابی به تولید صنعتی، میزان تأثیر آن بر بازار جهانی به تعداد نیروگاه‌های مجهز به این فناوری، ظرفیت واقعی تولید و سرعت عرضه محصول بستگی خواهد داشت. هزینه تأمین جیوه‌ـ۱۹۸ و فرایند غنی‌سازی ایزوتوپی نیز باید در محاسبات اقتصادی منظور شود؛ زیرا جیوه طبیعی از چند ایزوتوپ تشکیل شده و استفاده از ایزوتوپ مشخص در مقیاس گسترده، محدودیت‌های فنی و اقتصادی خاص خود را دارد.
از سوی دیگر، فناوری پیشنهادی بیش از آنکه روشی مستقل برای تولید طلا باشد، بخشی از یک طرح بزرگ‌تر برای توسعه نیروگاه‌های همجوشی محسوب می‌شود. در صورت موفقیت، درآمد حاصل از فروش فلزات ارزشمند می‌تواند به تأمین هزینه‌های بالای ساخت و بهره‌برداری از این نیروگاه‌ها کمک کند. با این حال، صنعت همجوشی هنوز با چالش‌هایی مانند دستیابی به تولید پایدار انرژی، مدیریت گرمای شدید، مقاومت تجهیزات در برابر تابش نوترونی و تأمین سوخت روبه‌روست. به همین دلیل، تجاری‌سازی تولید طلا به پیشرفت زیرساخت‌های همجوشی نیز وابسته خواهد بود.
ادعای ماراتن فیوژن فعلاً توجه را به امکان تولید یک محصول ارزشمند در کنار انرژی همجوشی جلب کرده است، اما برای نتیجه‌گیری درباره رقابت با استخراج معدنی یا تغییر عرضه جهانی، باید عملکرد صنعتی و اقتصادی این فرایند روشن شود. انتشار داده‌های قابل بررسی درباره مقدار طلای تولیدشده، تأیید مستقل نتایج و ارائه برآوردی شفاف از هزینه‌های تولید می‌تواند مشخص کند که این دستاورد تا چه اندازه به یک فناوری کاربردی نزدیک شده است. تا آن زمان، تبدیل جیوه به طلا را باید دستاوردی آزمایشی با ظرفیت بالقوه دانست که مسیر تبدیل شدن آن به یک فعالیت اقتصادی گسترده هنوز مشخص نیست.
انتهای پیام/
