کافه خوندنی

تا قرن ها دانشمندان نمی دانستند درخشش مداوم خورشید از چه راهی تأمین می شود. درفضایی که هوا وجود ندارد نمی توان آتش افروخت. اگر قرار بود صرفًا با چروکیده شدن و فروریزش ناشی از گرایش لایه های خورشید انرژی آزاد شود، خورشید مدت ها قبل از میان رفته بود. امروزه می دانیم که سرچشمه ی تولید انرژی پایدار خورشید، گداخت/ هم جوشی هسته ای است. اتم های هیدروژن، سبک ترین و فراوان ترین عنصر طبیعت با هم یکی می شوند و دومین عنصر سنگین طبیعت موسوم به هلیم را ایجاد می کنند. دراین تغییر و تبدیل مقداری جرم از بین می رود که طبق معادله ی مشهور اینشتین E=mc² به صورت انرژی آزاد می گردد.

هیدروژن به شکل های متفاوتی وجود دارد: هیدروژن معمولی، دو تریم و تریتیم (که پرتوزا) است، اما محققان در زمینه ی هم جوشی اتم های دوتریم توفیق بیشتری کسب کرده اند. مارک آلیفنت فیزیکدان استرالیایی که در دهه ی 30 در آزمایشگاه کاوندیش کمبریج کار می کرد توانست چگونگی واکنش های مربوطه را دریابد. وی پی برد که اتم های دوتریم (اگردقیق تر بگویم هسته های آن ها) می توانند به دو شیوه با هم ترکیب شوند. یکی از این راه ها منجر به تولید تریتیم (که خودش کاشف آن بود) می شد و راه دیگر ایزوتوپ نا شناخته ای ازهلیم را به وجود می آورد. او کوشید با شلیک یک پرتو دوتریم به پرتو دیگر از این واکنش انرژی تولید کند. اما این کار به جای تولید انرژی مقدار بیشتری مصرف می کرد، لذا او این روش را کنار گذاشت. به هرحال درآن زمان کسی فکر نمی کرد دانش فیزیک هسته ای در زمینه های علمی نیز مفید باشد.

بمب برتر

نخستین پیروزی در کسب انرژی از گداخت هیدروژن بسیار خشن و پرسروصدا بود: انفجار اولین بمب هیدروژنی توسط آمریکا درسال 1952 با توجه به تشدید جنگ سرد دولت ها در پی دستیابی به سلاح نیرومندتری نسبت به بمب اتم که در پایان جنگ جهانی دوم به کار رفت برای کشتار توده ها بودند. فیزیکدان آمریکایی مجارستانی تبار، ادوارد تلر سرپرست گروه ساخت این بمب بود. او با همکار خود استانلی اولام راه ساخت چنین بمب را یافت، روش آن ها که موسوم به روش تلراولام است امروزه نیز به کار می رود. تا مدت ها این روش بسیار سری بود. هرچند مللی مثل بریتانیا، فرانسه، چین و روسیه خود موفق شدند به آن پی ببرند.

هزاران کلاهک هسته ای که اینک جهان دودستی به آن ها چسبیده است تقریبًا همگی با دوتریمی که طی واکنش با لیتیم از حالت گازی به حالت جامد درآمده است کار می کنند. هم جوشی فقط در دمای چندین میلیون درجه مشابه دمای مرکز خورشید امکان پذیر است. برای انفجار بمب هیدروژنی لازم است نخست یک بمب شکافتی پلوتونیم یا اورانیم را منفجر کرد تا گرمای بسیار زیاد مورد نیاز برای فشرده سازی دوتریم را ایجاد کند.

این سلاح قادر است در کسری از ثانیه مخرب بی مانندی را آزاد کند. یک بمب اتمی شبیه آن که در جنگ جهانی دوم به کار رفت معادل ده یا بیست هزارتن مواد منفجره آزاد می کند. بمب های هیدروژنی که در دهه ی بعد ساخته شدند قادر به تولید انرژی صدها برابر، معادل چند مگاتن تی.ان.تی بودند. طی چند سال بعد بمب های هیدروژنی کوچکی ساخته شدند که توسط هواپیما قابل حمل بودند و می شد آن ها را روی پرتابه ها نصب کرد، بدین گونه زمینه ای برای ایجاد موازنه ی وحشت میان آمریکا و شوروی و هم پیمان های آن ها فراهم شد.

قدرت گداخت/ هم جوشی

هرچند گسترش کاربرد هم جوشی هسته ای برای موارد نظامی طی دهه ی پنجاه شتاب گرفت، اما طرح آلیفنت برای تولید انرژی به شکل کنترل شده از واکنش های مشابه که در دهه ی 1930 بیان شده بود، بسیار آهسته تر عملی شد. این طرح از دیدگاه امنیت ملی دارای فوریتی نبود و از طرفی چالش های فنی آن نیز بیشتر بود و هست. چگونه می توان مقدار کافی دوتریم را به دمای چند میلیون درجه رساند و در محفظه ای به منظور فشرده سازی نگه داشت تا واکنش گداخت اتفاق بیفتد؟ دو روش مهم برای تحقق این خواسته مورد بررسی قرار گرفت. در روش محصورسازی لختی (Intertial confinement) قرص های دوتریم را با باریکه های پرتوان لیزر بمباران می کنند و فشرده سازی چنان سریع انجام می گیرد که قبل از انفجار قرص ها هم جوشی به راه می افتد. در روش «محصورسازی مغناطیسی» magnetic) confinement) از میدان مغناطیسی بسیار نیرومندی که دارای شکلی قفس یا بطری است برای محدود و فشرده سازی و گرم کردن گاز استفاده می شود، گازی که در این مرحله به دلیل دمای بالایی که دارد می تواند با کمک الکتریسیته فعال شود.

روس ها ماشین هایی به شکل دونات را که در آن ها از روش دوم استفاده می شد «توکاماک» Tokamak)) نامیدند. آن ها این دستگاه ها را در دهه ی 1960 تحت سرپرستی آندرئی ساخاروف پدر بمب هیدروژنی روسیه به راه انداختند. این ماشین ها در مراحل اولیه ی جست و جوی محققان برای کشف نقطه ی «واکنش تدریجی و آهسته» که در آن انرژی ناشی از هم جوشی اتم ها بیشتر از انرژی مصرفی برای گرم کردن کنترل شده ی گاز دوتریم باشد به وجود آمدند. با دسترسی به مقدار زیاد سوخت (هرچند دوتریم کمیاب است اما در دریا به فراوانی یافت می شود) می توان به سودمندی کار این دستگاه از دیدگاه زیست محیطی اضافه کرد. چون هم جوشی به روش معمول مواد زائد رادیواکتیو یا گازهای گلخانه ای ایجاد نمی کند و لذا برای احداث ایستگاه های تولید نیرو در مقیاس بزرگ شیوه ی مناسبی به شمار می رود. اما هنوز تا زمانی که بتوانیم از واکنش های هم جوشی، الکتریسته تولید کنیم حداقل چندین دهه فاصله داریم.