در حال حاضر ، همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده اغلب جایگزینی برای نیروگاه های هسته ای کلاسیک و حتی سوخت های فسیلی است ، اما با وجود موفقیت های جدی در این زمینه ، هنوز یک نمونه اولیه از یک راکتور حرارتی هسته ای نشان داده نشده است. ساخت اولین راکتور بین المللی حرارتی هسته ای ITER در فرانسه (اتحادیه اروپا ، روسیه ، چین ، هند و جمهوری کره در پروژه مشارکت دارند) هنوز در مراحل اولیه پروژه است. در همان زمان ، شرکت آمریکایی لاکهید مارتین و همچنین تیمی از محققان نماینده موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در حال توسعه یک راکتور گرمایی هسته ای کارآمد هستند. این کارشناسان MIT بودند که در آگوست 2015 توسعه پروژه جدیدی از یک توکاماک نسبتاً جمع و جور را اعلام کردند.
توکامک مخفف محفظه toroidal با سیم پیچ های مغناطیسی است. این دستگاه به شکل توروس طراحی شده است تا حاوی پلاسما باشد تا به شرایط لازم برای جریان همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده دست یابد. خود ایده توکاماک متعلق به فیزیکدانان شوروی است. پیشنهاد استفاده از همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده برای اهداف صنعتی ، و همچنین طرح خاصی با استفاده از عایق حرارتی پلاسما با درجه حرارت بالا توسط یک میدان الکتریکی ، اولین بار توسط فیزیکدان O. A. Lavrentyev در کار خود که در اواسط 1950 نوشته شد ، ارائه شد. متأسفانه این اثر تا دهه 1970 "فراموش" شد. اصطلاح توکاماک توسط IN Golovin ، دانشجوی آکادمیک Kurchatov ، ابداع شد. این راکتور توکاماک است که در حال حاضر در چارچوب پروژه علمی بین المللی ITER ایجاد می شود.
در حالی که کار بر روی ایجاد راکتور همجوشی ITER در فرانسه به کندی پیش می رود ، مهندسان آمریکایی از موسسه فناوری ماساچوست پیشنهادی برای طراحی جدید راکتور همجوشی فشرده ارائه کرده اند. به گفته آنها ، چنین راکتورهایی تنها در 10 سال آینده به بهره برداری تجاری می رسند. در عین حال ، انرژی هسته ای با ظرفیت های عظیم تولید شده و سوخت هیدروژنی تمام نشدنی ، تنها یک رویا و مجموعه ای از آزمایش ها و آزمایش های گران قیمت آزمایشگاهی برای دهه ها باقی مانده است. با گذشت سالها ، فیزیکدانان حتی یک شوخی داشتند: "کاربرد عملی همجوشی گرمایی در 30 سال آینده آغاز می شود و این دوره هرگز تغییر نخواهد کرد." با وجود این ، موسسه فناوری ماساچوست معتقد است که پیشرفت چشمگیر در انرژی تنها در 10 سال رخ می دهد.
اعتماد مهندسان MIT مبتنی بر استفاده از مواد ابررسانای جدید برای ایجاد آهنربایی است که قول می دهد به طور قابل توجهی کوچکتر و قوی تر از آهنرباهای ابررسانای موجود باشد. به گفته پروفسور دنیس وایت ، مدیر مرکز پلاسما و همجوشی MIT ، استفاده از مواد ابر رسانای تجاری جدید مبتنی بر اکسید مس باریم کمیاب (REBCO) به دانشمندان امکان می دهد آهن ربا های فشرده و بسیار قدرتمندی بسازند. به گفته دانشمندان ، این امر امکان دستیابی به قدرت و چگالی بیشتر میدان مغناطیسی را فراهم می کند ، که مخصوصاً برای محدود کردن پلاسما مهم است.به گفته محققان آمریکایی ، به لطف مواد ابررسانای جدید ، راکتور بسیار فشرده تر از پروژه های موجود است ، به ویژه ITER که قبلاً ذکر شد. طبق برآوردهای اولیه ، راکتور همجوشی جدید با قدرت ITER نصف قطر خواهد داشت. به همین دلیل ، ساخت آن ارزان تر و آسان تر می شود.
یکی دیگر از ویژگیهای کلیدی در پروژه جدید یک راکتور حرارتی استفاده از پتوهای مایع است که باید جایگزین حالتهای جامد سنتی شوند ، که اصلی ترین "مواد مصرفی" در تمام توکامک های مدرن هستند ، زیرا شار نوترونی اصلی را به خود می گیرند و تبدیل می شوند. تبدیل به انرژی حرارتی گزارش شده است که جایگزینی مایع بسیار ساده تر از کاست های بریلیوم در موارد مس است ، که بسیار جرم دارند و وزن آنها حدود 5 تن است. این کاست های بریلیوم است که در طراحی راکتور بین المللی هسته ای آزمایشی ITER استفاده می شود. براندون سوربوم ، یکی از محققان برجسته در MIT ، که بر روی پروژه کار می کند ، از کارآیی بالای راکتور جدید در منطقه 3 تا 1 صحبت می کند. در همان زمان ، به قول خودش ، طراحی رئیس در آینده می توان آن را بهینه کرد ، که احتمالاً به شما امکان می دهد نسبت انرژی تولید شده به انرژی مصرف شده را در سطح 6 به 1 بدست آورید.
مواد ابررسانای مبتنی بر REBCO میدان مغناطیسی قوی تری را فراهم می کند که کنترل پلاسما را آسان تر می کند: هرچه میدان قوی تر باشد ، از حجم هسته و پلاسما کوچکتر می توان استفاده کرد. نتیجه این می شود که یک راکتور همجوشی کوچک می تواند به همان اندازه یک انرژی بزرگ مدرن تولید کند. در عین حال ، ساختن یک واحد جمع و جور و سپس کار با آن آسان تر خواهد بود.
باید درک کرد که کارایی یک راکتور حرارتی مستقیماً به قدرت آهنرباهای ابررسانا بستگی دارد. آهنرباهای جدید را می توان در ساختار موجود توکاماک ها ، که دارای هسته دونات هستند ، استفاده کرد. علاوه بر این ، تعدادی نوآوری دیگر نیز امکان پذیر است. شایان ذکر است که توکامک آزمایشی بزرگ ITER که در حال ساخت در فرانسه ، در نزدیکی مارسی ، به ارزش حدود 40 میلیارد دلار است ، پیشرفت در زمینه ابررساناها را در نظر نگرفته است ، در غیر این صورت این راکتور می تواند نیمی از اندازه داشته باشد. هزینه بیشتری برای سازندگان دارد و سریعتر ساخته می شود. با این حال ، امکان نصب آهنرباهای جدید بر روی ITER وجود دارد و این می تواند قدرت آن را در آینده به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
قدرت میدان مغناطیسی نقش مهمی در همجوشی گرمایی هسته ای ایفا می کند. دو برابر شدن این نیرو 16 بار به طور همزمان قدرت واکنش همجوشی را افزایش می دهد. متأسفانه ابررساناهای جدید REBCO قادر نیستند قدرت میدان مغناطیسی را دو برابر کنند ، اما همچنان می توانند قدرت واکنش همجوشی را 10 برابر افزایش دهند ، که این نیز یک نتیجه عالی است. به گفته پروفسور دنیس وایت ، یک راکتور گرمایی هسته ای که قادر به تامین انرژی الکتریکی برای حدود 100 هزار نفر است ، می تواند در عرض 5 سال ساخته شود. در حال حاضر باورش سخت است ، اما پیشرفتی در دوران انرژی که می تواند روند گرمایش زمین را متوقف کند ، عملاً امروزه تقریباً سریع اتفاق می افتد. در عین حال ، MIT اطمینان دارد که این 10 سال یک شوخی نیست ، بلکه یک تاریخ واقعی برای ظهور اولین توکامک های عملیاتی است.
