تولید میدان مغناطیسی ۲۵۰ هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینتجینیرینگ، بزرگترین آزمایش همجوشی جهان موسوم به «ITER» اکنون پس از ورود آهنربا‌های ویژه مورد نیاز برای ساخت هسته رآکتور به جنوب فرانسه، در آستانه آغاز فعالیت قرار گرفته است.

دانشمندان سازنده این راکتور در یک بیانیه مطبوعاتی اعلام کرده اند: این، پایان فرآیند دو دهه طراحی و ساخت «راکتور گرما هسته‌ای آزمایشی بین المللی» (ITER) است که بیش از ۳۰ کشور از سه قاره جهان برای ساخت آن در فرانسه همکاری می‌کنند.

از آنجایی که جهان به دنبال راه‌های بهتری برای تولید انرژی بدون کربن است، واکنش‌های همجوشی هسته‌ای راه حل قابل قبولی را ارائه می‌دهند که می‌توان آن را در صورت تقاضا خاموش و روشن کرد. پیشرفت‌های اخیر در این زمینه نشان داده است که می‌توان از همجوشی هسته ای، انرژی تولید کرد.

طرح ITER همچنین از رویکرد توکامک استفاده می‌کند، که در آن سوخت هیدروژنی به یک محفظه خلاء چنبره یا دونات شکل تزریق و برای تولید پلاسما و تقلید شرایط در خورشید، گرم می‌شود. در دمای بسیار بالای ۱۵۰ میلیون درجه، واکنش همجوشی شروع می‌شود.

با این حال، این پلاسما باید در داخل دیواره‌های راکتور قرار گیرد، کاری که توسط آهنربا‌های ابررسانای غول پیکر انجام می‌شود.

طراحی ITER توکاماک از نیوبیوم - قلع و نیوبیوم - تیتانیوم به عنوان ماده انتخابی برای آهنربا‌های خود استفاده می‌کند. سیم پیچ‌ها برای ابر رسانا شدن ابتدا با برق انرژی می‌گیرند و سپس تا دمای چهار درجه بالاتر از صفر مطلق (۲۶۹- درجه سانتیگراد) خنک می‌شوند. 

راکتور ITER، آهنربا‌ها را به سه روش مختلف برای ساختن قفس مغناطیسی نامرئی که حاوی پلاسما است مستقر می‌کند. لایه بیرونی این محفظه دونات شکل با ۱۸ آهنربای حلقوی D شکل به دست می‌آید. مجموعه‌ای از شش آهنربا به صورت افقی دور توکامک می‌چرخد تا به کنترل شکل پلاسما کمک کرده و در عین حال یک سلونوئید مرکزی نیز از پالس‌های انرژی برای تولید جریان در پلاسما استفاده می‌کند.

جریان پلاسمای ITER به حداکثر ۱۵ میلیون آمپر خواهد رسید که یک رکورد برای توکاماک‌های ساخته شده در سراسر جهان است. از نظر میدان مغناطیسی، کل انرژی مغناطیسی طرح ۴۱ گیگاژول یا ۲۵۰ هزار برابر قوی‌تر از انرژی مغناطیسی زمین خواهد بود.

آهنربا‌های قوی چگونه ساخته می‌شوند؟

هر آهنربای حلقوی ۱۷ متر (۵۵ فوت) ارتفاع، نزدیک ۹ متر (۳۰ فوت) عرض و ۳۶۰ تن وزن دارد. ۱۰ آهنربا در اروپا توسط شرکت «فیوژن فور انرژی» «Fusion for Energy»، شعبه اروپایی ITER و هشت عدد از این سیم پیچ‌ها به اضافه یک عدد زاپاس توسط موسسه ملی علوم و فناوری کوانتومی (QST) در ژاپن ساخته شده است.

فرآیند تولید با یک رشته نیوبیوم - قلع با رشته‌های مسی به شکل ساختاری طناب مانند، آسیب می‌بیند و از این رو در یک پوشش فولادی طراحی شده با مجرای مرکزی قرار گرفت که هلیوم را می‌توان مجبور به جریان کرد. به این سازه رسانا می‌گویند.

بیش از ۷۸ هزار کیلومتر (۵۴ هزارمایل) از رشته‌های نیوبیوم - قلع برای ساخت رسانای ۱۹ آهنربا حلقوی مورد نیاز بود، اما این شاید ساده‌ترین قسمت کار در فرآیند ساخت محسوب می‌شود.

دانشمندان برای ساخت آهنربای D شکل، تقریبا ۷۵۰ متر از رسانا در یک مسیر مارپیچی دوتایی خم و تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس در یک صفحه شعاعی D شکل ساخته شده از فولاد ضد زنگ قرار دادند.

آنها رسانا را با استفاده از شیشه و نوار کاپتون پیچیده و عایق بندی، و با صفحات پوششی با لیزر جوش دادند تا یک ساختار پنکیک مانند دوتایی با استفاده از دو لایه رسانا ایجاد شود. سپس این پنکیک دوتایی عایق بندی کرده، حباب‌های هوای آن برداشته و برای استحکام بهتر، رزین به آن تزریق کردند.

فیزیکدان‌ها سپس از هفت پنکیک دوتایی برای ساخت یک بسته سیم پیچ، هسته آهنربای D شکل، استفاده کرده و برای جریان الکتریکی آنها را به هم متصل کردند. سپس این بسته سیم پیچ را عایق بندی کرده و تحت عملیات حرارتی قرار دادند و سپس رزین به آن تزریق کردند.

این گروه بین المللی از پژوهشگران، سپس بسته سیم پیچ را در یک محفظه فولادی ضد زنگ ۲۰۰ تنی قرار دادند که به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر نیرو‌های حرکت پلاسما و تولید انرژی همجوشی مقاومت کند.

 هنگامی که راکتور همجوشی ITER مونتاژ شود، در اوج خود، ۵۰۰ مگاوات توان حرارتی تولید می‌کند. دانشمندان می‌گویند در صورت اتصال به شبکه، ۲۰۰ مگاوات برق به طور مداوم تولید می‌کند که برای تامین برق ۲۰۰ هزار خانه کافی است.