همشهری آنلاین - یکتا فراهانی: ITER بزرگ‌ترین آزمایش همجوشی جهان، اکنون پس از ورود آهن‌رباهای ویژه موردنیاز برای ساخت هسته راکتور به جنوب فرانسه، به‌زودی فعالیت خود را آغاز خواهد کرد. در بیانیه مطبوعاتی آمده این پایان فرایند دو دهه طراحی راکتور است که ساخت آن در سه قاره گسترش‌یافته است.
تولید انرژی بدون کربن
باتوجه‌به اینکه جهان به دنبال راه‌های بهتری برای تولید انرژی بدون کربن است، واکنش‌های همجوشی هسته‌ای راه‌حل قابل‌قبولی را ارائه می‌دهند.
پیشرفت‌های اخیر در این زمینه نشان داده است که می‌توان از همجوشی هسته‌ای نیز انرژی به دست آورد؛ بنابراین بیش از ۳۰ کشور در حال همکاری برای ساخت راکتور آزمایشی بین‌المللی گرماهسته‌ای (ITER) در فرانسه هستند.
رویکرد توکامک
طرح ITER همچنین از رویکرد توکامک استفاده می‌کند که در آن سوخت هیدروژن به یک محفظه خلاء چنبره شکل یا دونات مانند تزریق و برای ایجاد پلاسما و تکرار شرایط در خورشید گرم می‌شود. ضمن آنکه در دمای بسیار بالای ۱۵۰ میلیون درجه نیز واکنش همجوشی شروع خواهد شد.
با وجود این، پلاسما باید در داخل دیواره‌های راکتور قرار گیرد؛ کاری که توسط آهن‌رباهای ابررسانای غول‌پیکر انجام می‌شود.
بیشتر بخوانید:
رویایی دست یافتنی با همجوشی هسته ای
این ماده، گران قیمت‌ترین ماده جهان است | هر گرم ۳۱۰۰ تریلیون تومان!
طراحی ITER
طراحی ITER توکامک از نیوبیم - قلع و نیوبیم - تیتانیوم به‌عنوان ماده انتخابی برای آهن‌رباهای خود استفاده می‌کند. سیم‌پیچ‌ها با الکتریسیته انرژی می‌گیرند و سپس تا دمای چهار درجه بالاتر از صفر مطلق (۲۶۹- درجه سانتی گراد) خنک می شوند تا ابررسانا شوند.
قفس مغناطیسی نامرئی
ITER آهن‌رباها را به سه روش مختلف برای ساخت قفس مغناطیسی نامرئی که حاوی پلاسماست مستقر می‌کند. شکل بیرونی دونات با ۱۸ آهن ربای حلقوی D شکل به دست می آید.
در واقع مجموعه ای از شش آهن ربا به صورت افقی دور توکامک می چرخد تا به کنترل شکل پلاسما کمک کند؛ در حالی که یک سلونوئید مرکزی از پالس های انرژی برای تولید جریان در پلاسما استفاده می کند.
جریان پلاسمای ITER به ۱۵ میلیون آمپر خواهد رسید که یک رکورد برای توکاماک های ساخته شده در سراسر جهان است. از نظر میدان مغناطیسی، کل انرژی مغناطیسی طرح ۴۱ گیگاژول یا ۲۵۰ هزار برابر قوی‌تر از انرژی زمین خواهد بود.
چگونگی ساخت آهن‌رباهای قدرتمند
به گزارش سایت Interestingengineering هر آهن‌ربای حلقوی ۵۵ فوت (۱۷ متر) قد، نزدیک به ۳۰ فوت (۹ متر) عرض و ۳۶۰ تن وزن دارد. ده آهن ربا در اروپا توسط Fusion for Energy، بال اروپایی ITER ساخته شد؛ در حالی که هشت عدد از این سیم‌پیچ‌ها به اضافه یک عدد زاپاس توسط موسسه ملی علوم و فناوری کوانتومی (QST) در ژاپن ساخته شد.
سازه هادی
این فرآیند تولید با یک‌رشته نیوبیم - قلع با رشته‌های مسی به ساختاری طناب مانند زخمی شد و در یک ژاکت فولادی طراحی شده با مجرای مرکزی که هلیوم را می‌توان مجبور به جریان کرد، قرار داد. به این « سازه هادی » می‌گویند.
بیش از ۵۴۰۰۰ مایل (۸۷۰۰۰ کیلومتر) از رشته‌های نیوبیم - قلع برای ساخت رسانا برای ۱۹ آهن‌ربا حلقوی موردنیاز بود، اما این شاید ساده‌ترین کار در فرآیند ساخت بود.
برای ساخت آهن‌ربای D شکل، تقریباً ۲۵۰۰ فوت (۷۵۰ متر) از هادی در یک مسیر مارپیچی دوتایی خم و تا ۱۲۰۰ فارنهایت (۶۵۰ درجه سانتی‌گراد) نیز گرم شد. سپس در یک صفحه شعاعی D شکل ساخته شده از فولاد ضدزنگ قرار داده شد.
هادی با استفاده از شیشه و نوار کاپتون پیچیده و عایق‌بندی و با صفحات پوششی با لیزر جوش داده شد تا یک ساختار پنکیک دوتایی با استفاده از دولایه هادی ایجاد شود. سپس پنکیک دوتایی عایق‌بندی شد. علاوه بر این، حباب‌های هوای آن برداشته و برای استحکام بهتر، رزین تزریق شد.
هسته آهن‌ربای D شکل
بعدازاین مراحل، هفت پنکیک دوتایی ازاین‌دست برای ساخت یک بسته سیم‌پیچ، هسته آهن‌ربای D شکل و برای جریان الکتریکی به هم متصل شدند. سپس بسته سیم‌پیچ عایق‌بندی و تحت عملیات حرارتی قرار گرفت و با رزین تزریق شد.
سپس بسته سیم‌پیچ در یک محفظه فولادی ضدزنگ ۲۰۰ تنی قرار داده شد تا به اندازه کافی قدرت داشته باشد تا در برابر نیروهای حرکت پلاسما و تولید انرژی همجوشی مقاومت کند.
هنگامی که راکتور همجوشی ITER مونتاژ شود، ۵۰۰ مگاوات توان حرارتی در اوج خود تولید می کند. ضمن آنکه در صورت اتصال به شبکه، ۲۰۰ مگاوات برق به طور مداوم نیز تولید می کند که برای تامین برق ۲۰۰ هزار خانه کافی است.