سخنرانی TED: آزمایشگاهی که خورشید را به زمین آورد

این همان واکنشی است که خورشید را روشن نگه می‌دارد، و اکنون بر روی زمین محقق شده است. تامی ما در سخنرانی «TED» خود توضیح می‌دهد که چگونه یک لیزر عظیم، هزار برابر قدرتمندتر از کل شبکه برق آمریکا، توانست این واکنش را ممکن سازد و اینکه چگونه این فناوری می‌تواند آینده انرژی جهان را دگرگون کند.

چه کاری می‌توان با بزرگ‌ترین لیزر دنیا انجام داد؟ شاید به فضا پرتو فرستاد، یا آن را به سر یک کوسه متصل کرد، یا شاید فقط برای سرگرم کردن گربه‌تان از آن استفاده کرد. اما لیزری که تامی ما درباره‌اش صحبت می‌کند، هیچ شباهتی به نشانگرهای لیزری معمولی ندارد. این لیزر هزار برابر قدرتمندتر از کل شبکه برق ایالات متحده است؛ قدرتمندترین لیزر جهان. واضح است که نباید گربه‌تان را به آن نزدیک کنید.

تامی ما که یک فیزیک‌دان است، می‌گوید با این لیزر کاری متفاوت انجام می‌دهد: آن را به حدود ۲۰۰ پرتو تقسیم می‌کند و این پرتوها را از تمام جهات به یک کپسول کوچک هیدروژن می‌تاباند؛ نخستین عنصر جدول تناوبی. این پرتوها آن‌قدر فشار وارد می‌کنند تا اتم‌های هیدروژن به هم جوش بخورند؛ چیزی که به آن همجوشی یا «فیوژن» می‌گویند: همان واکنشی که در قلب خورشید رخ می‌دهد.

با این لیزر عظیم، آن‌ها می‌توانند ستاره‌های مینیاتوری را روی زمین بسازند. اما چرا این کار مهم است؟ چون همجوشی، راهی برای دستیابی به نوعی انرژی هسته‌ای بسیار متفاوت و ایمن‌تر از شکافت هسته‌ای (فیسیون) در نیروگاه‌های کنونی است.

در این روش، اتم‌های سبک‌تر (دوتریوم و تریتیوم که ایزوتوپ‌های هیدروژن‌اند) در دما و فشار بسیار بالا به هم نزدیک می‌شوند و با هم ترکیب می‌گردند. نتیجه؟ تولید هسته هلیوم و نوترون، و جرمی اندکی کمتر از مجموع اولیه. این اختلاف جرم، مطابق معادله مشهور اینشتین (E=mc²) به انرژی تبدیل می‌شود.

میزان انرژی چقدر است؟ یک پوند سوخت همجوشی معادل با انرژی ۵۰۰۰ بشکه نفت یا ۳.۵ میلیون پوند زغال‌سنگ انرژی تولید می‌کند.

این روش نه‌تنها انرژی بسیار زیاد تولید می‌کند، بلکه منابع آن نیز فراوان‌اند: دوتریوم در آب دریا یافت می‌شود و تریتیوم را می‌توان از لیتیوم استخراج کرد. به گفته تامی ما، سوخت همجوشی برای ۳۰ میلیارد سال مصرف بشر کافی خواهد بود. افزون بر این، انرژی همجوشی پاک و ایمن است؛ در واکنش آن اثری از کربن نیست، تولید زباله هسته‌ای بلندمدت ندارد و در صورت نیاز به توقف، فقط کافی‌ست انرژی ورودی را قطع کرد.

در پروژه آزمایشگاه ملی لیورمور، این لیزر عظیم (به نام تأسیسات احتراق ملی NIF) در ساختمانی به وسعت سه زمین فوتبال و ارتفاع ۱۰ طبقه قرار دارد. این مجموعه شامل ۱۹۲ لیزر مجزاست که روی یک کپسول سوخت به اندازه دانه فلفل سیاه متمرکز می‌شوند. پرتوها، درون استوانه‌ای کوچک به اندازه پاک‌کن مداد، انفجار اشعه «X» تولید می‌کنند که سوخت را فشرده و تا دمای ۱۸۰ میلیون درجه فارنهایت گرم می‌کند که دمایی بیش از مرکز خورشید است. فشاری معادل ۱۰۰ میلیارد اتمسفر زمین وارد می‌شود و همجوشی رخ می‌دهد.

در دسامبر ۲۰۲۲، پس از دهه‌ها تلاش، این تیم توانست برای نخستین بار در تاریخ بشر موفق به ایجاد احتراق همجوشی کنترل‌شده شود، واکنشی که در آن انرژی تولیدشده بیشتر از انرژی لیزر ورودی بود. آن‌ها نه‌تنها این موفقیت را یک بار، بلکه در ۱۵ ماه بعدی چهار بار دیگر تکرار کردند و در بهترین آزمایش، دو برابر انرژی ورودی را بازیافت کردند.

با این حال، ماجرا هنوز تمام نشده است. برای رسیدن به نیروگاه‌های همجوشی واقعی، باید لیزرهای کارآمدتر، فناوری تولید انبوه سوخت، رباتیک و سامانه‌های کنترلی توسعه یابد. این مسیر نیازمند سرمایه‌گذاری پایدار دولتی و خصوصی است.

تامی ما معتقد است اگر موفق شویم، آینده‌ای متفاوت در انتظار بشر خواهد بود. آینده‌ای که در آن انرژی دیگر منبعی محدود نخواهد بود. هر کشور استقلال انرژی خواهد داشت، استانداردهای زندگی در سراسر جهان ارتقاء خواهد یافت، و انرژی برای نوآوری‌هایی نظیر کشاورزی عمودی، نمک‌زدایی از آب دریا و جذب کربن در مقیاس وسیع در دسترس خواهد بود.

این فیزیکدان سخنرانی خود را با این جمله به پایان برد: «ما می‌توانیم این کار را انجام دهیم و زمانی که موفق شویم، فیوژن می‌تواند آینده‌ای نو را شعله‌ور کند.»