پیشرفت چشمگیر چین در پروژه «خورشید مصنوعی» و عبور از محدودیت چگالی پلاسما

پروژه EAST: گامی بلند در مسیر همجوشی هسته‌ای

پروژه EAST که اغلب از آن به عنوان خورشید مصنوعی چین یاد می‌شود، یک توکامک پیشرفته است که در شهر هفئی قرار دارد. این دستگاه از آهنرباهای ابررسانا برای محصورسازی پلاسمای با دمای فوق‌العاده بالا استفاده می‌کند. از دیدگاه علمی، افزایش چگالی پلاسما به معنای وقوع تعداد بیشتری واکنش همجوشی است که هدف نهایی این فناوری محسوب می‌شود. با این حال، مشکل اصلی در اکثر توکامک‌ها این بوده که افزایش بیش از حد چگالی، منجر به ناپایداری پلاسما و در نهایت فروپاشی آن و تماس با دیواره‌های داخلی راکتور می‌شود. این محدودیت فیزیکی معمولاً با عنوان حد گرینوالد شناخته می‌شود.

غلبه بر چالش ناخالصی‌ها و حد گرینوالد

تیم پژوهشی EAST معتقد است که مسئله تنها به میزان چگالی پلاسما محدود نمی‌شود. بر اساس توضیحات پژوهشگران مؤسسه فیزیک پلاسما وابسته به آکادمی علوم چین، حد چگالی ارتباط تنگاتنگی با ورود ناخالصی‌ها به درون پلاسما دارد. به ویژه، ذرات فلزی که از دیواره‌های داخلی راکتور آزاد می‌شوند، نقش مهمی در این پدیده ایفا می‌کنند. در این میان، عنصر تنگستن که به طور گسترده در تجهیزات همجوشی به کار می‌رود، به عنوان یکی از عوامل اصلی این مشکل شناسایی شده است.

برای درک بهتر و کنترل مؤثر این پدیده، پژوهشگران مدلی تحت عنوان Boundary Plasma-Wall Interaction Self-Organization (PWSO) را توسعه دادند. این نظریه سپس بر روی دستگاه EAST با استفاده از روش‌های نوین گرمایش تشدید سیکلوترونی الکترونی و راه‌اندازی گاز از پیش باردار شده مورد آزمایش قرار گرفت. این تغییرات نوآورانه، تأثیر تنگستن در لبه پلاسما را به طور قابل توجهی کاهش داد.

دستیابی به ناحیه آزاد چگالی پایدار

با کنترل دقیق‌تر سطح ناخالصی‌ها، پلاسما توانست وارد وضعیتی شود که پژوهشگران از آن به عنوان ناحیه آزاد چگالی پایدار یاد می‌کنند. در این حالت، سامانه بدون ایجاد آشفتگی و ناپایداری، فراتر از حد سنتی چگالی عمل می‌کند. نتایج تجربی به دست آمده، تطابق بسیار نزدیکی با پیش‌بینی‌های مدل PWSO نشان داد که اعتبار این رویکرد جدید را تأیید می‌کند.

این یافته‌های مهم که در مجله معتبر Science Advances منتشر شده‌اند، راهنمایی‌های جدید و ارزشمندی برای طراحی راکتورهای همجوشی با چگالی بالا در آینده ارائه می‌دهند. اگرچه تولید تجاری انرژی همجوشی همچنان یک هدف بلندمدت محسوب می‌شود، اما این پژوهش یکی از چالش‌های عملی و مهمی را که تاکنون موجب کند شدن پیشرفت همجوشی با محصورسازی مغناطیسی شده بود، با موفقیت حل کرده است. این دستاورد، گامی بزرگ در جهت دستیابی به یک منبع انرژی پاک و تقریباً نامحدود برای آینده بشریت است.