تولید انرژی هسته‌ای در آشپزخانه واقعیت داشت

مشهور است که دکتر احمدی‌نژاد رئیس جمهوری، چند سال پیش برای نشان دادن پیشرفت جوانان ایرانی، از تولید انرژی هسته‌ای در آشپزخانه توسط یک دختر ۱۶ ساله سخن گفته است. البته من هر چه گشتم منبع این نقل قول را پیدا نکردم، ولی به هر حال مشهور است. این نقل قول در طول این سال‌ها باعث شده احمدی‌نژاد در محافل مختلفی تمسخر شود، و هیچ وقت هم خبری از این که ماجرا دقیقاً چه بوده و آن دختر نوجوان که بوده منتشر نشد (یا لااقل من ندیده‌ام).

مدتی پیش به طور اتفاقی به یک موضوع جالب برخوردم که روشن می‌کند ماجرا چه بوده است (با تشکر از شخص ناشناسی که در یک وب‌گاه انگلیسی‌زبان به این نکته اشاره کرده بود). وقتی راجع به این موضوع تحقیق کردم، شگفت‌زده شدم: دستگاهی ساده و ارزان‌قیمت برای همجوشی هسته‌ای! این دستگاه که Fusor نام دارد و ما فعلاً معادل فارسی «همجوشار» را برای آن انتخاب می‌کنیم یکی از سازوکارهای مختلفی است که برای انجام واکنش همجوشی هسته‌ای پیشنهاد شده است. مقدمه‌ای بر همجوشی هسته‌ایهمان‌طور که احتمالاً در کتاب‌های علوم راهنمایی و فیزیک دبیرستان خوانده‌اید، دو نوع واکنش هسته‌ای وجود دارد: شکافت هسته‌ای و همجوشی هسته‌ای. در شکافت هسته‌ای، هسته‌ی عناصر سنگین مانند اورانیوم شکافته می‌شود تا از آن انرژی هسته‌ای به دست آید. در همجوشی، هسته‌های عناصر سبک نظیر هیدروژن به همدیگر «جوش می‌خورند» و انرژی هسته‌ای تولید می‌کنند. در حال حاضر روش رایج برای تولید انرژی هسته‌ای در نیروگاه‌ها، شکافت است. با این که همجوشی هسته‌ای منبع انرژی ستارگان و از جمله خورشید است و بنابراین حیات بشر و سایر جانداران به طور غیرمستقیم به آن وابسته است، تولید انرژی کنترل شده از همجوشی هسته‌ای برای استفاده‌ی عملی توسط بشر، فعلاً در حد آرزو باقی مانده است. تولید انرژی زیاد از همجوشی هسته‌ای عملاً فقط در بمب‌های هیدروژنی کاربرد عملی پیدا کرده است و هنوز بشر قادر به کنترل این انرژی برای تولید برق نیست. پروژه‌ی بین‌المللی و چندمیلیارددلاری «ایتر» که تعدادی از کشورهای پیشرفته از آن حمایت مالی می‌کنند، یکی از مهم‌ترین پروژه‌هایی است که امید است در دهه‌های آینده این مشکل را حل کند. مزیت همجوشی هسته‌ای نسبت به شکافت هسته‌ای این است که ماده‌ی اولیه‌ی آن به صورت تقریباً نامحدود وجود دارد: هیدروژن تشکیل‌دهنده‌ی آب دریا. این در حالی است که برای شکافت نیاز به اورانیوم هست که فلزی نسبتاً گران‌قیمت و کمیاب است و باید از معادن خاص آن استخراج شود و ممکن است در آینده مانند سوخت‌های فسیلی به اتمام برسد. همچنین همجوشی برخلاف شکافت، پسماند رادیواکتیو تولید نمی‌کند. همجوشار (Fusor) چیست؟سازمان‌های تحقیقاتی، دانشمندان و مخترعان از چند دهه پیش در پی کنترل انرژی حاصل از همجوشی بوده‌اند. همجوشی هسته‌ای به صورت محدود در آزمایشگاه‌ها اتفاق افتاده است اما مشکلات فنی بسیاری وجود دارد که باعث می‌شود انرژی به دست آمده از آن، کمتر از انرژی مصرف شده باشد. برای انجام همجوشی هسته‌ای، یون‌های هیدروژن یا سایر عناصر سبک‌وزن (نظیر دوتریوم که ایزوتوپی از هیدروژن است و در آب معمولی دریا هم وجود دارد) باید به یکدیگر برخورد کنند تا یک عنصر سنگین‌تر (مانند هلیم) بسازند. از آنجا که این یون‌ها بار مثبت دارند، نمی‌توانند به راحتی به یکدیگر نزدیک شوند و همدیگر را دفع می‌کنند. برای غلبه بر این نیروی دافعه، باید این یون‌ها به شدت داغ شوند (در حد چند میلیون درجه‌ی سانتیگراد، دمای هسته‌ی خورشید یا بمب‌های هیدروژنی) که این کار طبعاً مشکل است. این روش در آزمایشهای تحقیقاتی رایج‌تر است و دستگاه‌هایی مانند توکاماک بر این اساس، یعنی داغ کردن توده‌ای از سوخت مورد نظر (مانند هیدروژن) تا چند میلیون درجه کار می‌کنند.اما روش دیگری که در همجوشار به کار گرفته می‌شود، بسیار ساده‌تر است. در این روش یون‌های سوخت به یک چاه الکترون (یک کره مشبک فلزی با بار منفی شدید) با سرعت بالایی جذب می‌شوند و در آنجا تعدادی از آن‌ها با یکدیگر برخورد کرده، واکنش همجوشی به وجود می‌آورند. این واکنش منجر به تولید نوترون می‌شود و واقعاً مقداری انرژی (هرچند اندک) تولید می‌کند اما چون برخی از یون‌های سوخت جذب کره‌ی مشبک می‌شوند (و از حفره‌های آن عبور نمی‌کنند) انرژی اولیه‌ی خود را از دست می‌دهند و به مرور واکنش متوقف می‌شود. بدین‌ترتیب انرژی هسته‌ای به دست آمده از انرژی‌ای که برای زنده نگه داشتن واکنش نیاز است کمتر است و این دستگاه هنوز مناسب تولید انرژی برای مصرف نیست. اما نکته‌ی بسیار جالب در مورد این دستگاه، سادگی ساخت آن است به طوری که با تعدادی از وسایل قابل تهیه از بازار مانند منبع ولتاژ قوی، پمپ خلأ، سیم جوش و مقادیری گاز دوتریوم، می‌توان آن را در منزل ساخت!
همجوشار در دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی توسط مخترع آمریکایی فیلو فانسورث (که قبلاً تلویزیون را اختراع کرده بود) اختراع شد و یکی از همکارانش به نام رابرت هیرش طراحی آن را بهبود داد. این دستگاه در ابتدا امیدهای زیادی را برانگیخت، اما به علت اقتصادی نبودن فانسورث نتوانست منابع ادامه‌ی کار خود را تأمین کند. کمیته‌ی انرژی هسته‌ای آمریکا نیز ترجیح داد روی توکاماک که یک اختراع روسی بود سرمایه‌گذاری کند. در سال ۱۹۷۱ فانسورث درگذشت و کار روی همجوشار عملاً متوقف شد. پس از مدت‌ها در دهه‌ی ۱۹۸۰، عده‌ی کوچکی از محققان پس از دیدن شکست دستگاه‌های بزرگ مثل توکاماک، مجدداً به کار روی همجوشار روی آوردند. این امر باعث شد به مرور گروه‌هایی از علاقمندان به این دستگاه‌ها شکل بگیرد و مقاله‌های زیادی برای علاقمندان به این موضوع نوشته شود. از اواخر دهه‌ی ۱۹۹۰ به این سو، علاقمندان، حتی تعدادی دانش‌آموز دبیرستانی جاه‌طلب و دست‌به‌آچار، در گاراژها و آپارتمان‌های خود نمونه‌هایی از همجوشار را ساخته‌اند. در ضمن هر چند هنوز هم همجوشار برای تولید انرژی مناسب نیست، اما توسط برخی شرکت‌ها به عنوان یک منبع تجاری تولید نوترون در بازار فروخته می‌شود.

وب‌گاه fusor.net وب‌گاه علاقمندان به این دستگاه است و اطلاعات زیادی در مورد آن، از جمله نحوه‌ی ساخت آن می‌دهد. این وب‌گاه همچنین تالارهای گفتگویی برای بحث دارد که علاقمندان می‌توانند تجربیات و نظرات خود را در آن در اختیار یکدیگر بگذارند. دو شکل زیر به ترتیب یک نقشه‌ی ساخت همجوشار (برگرفته از fusor.net) و نمونه‌ای از یک همجوشار ساخته شده توسط یک دانش‌آموز دبیرستانی (برگرفته از صفحه‌ی Fusor در ویکی‌پدیا) را نشان می‌دهند. (اگر خواستید این دستگاه را بسازید حتماً نکات ایمنی را به خصوص هنگام کار با منبع ولتاژ قوی رعایت کنید) امیدواریم آن دانش‌آموز ایرانی آن‌زمان که یک همجوشار را در آشپزخانه‌ی خانه‌اش ساخته است نیز این مطلب را ببیند و در مورد تجربیاتش و این که این خبر چطور به دکتر احمدی‌نژاد رسیده بود، مقاله‌ای بنویسد!

(مطلب فوق با استفاده از ویکی‌پدیای انگلیسی و وب‌گاه fusor.net نوشته شده است. از آنجا که من به تازگی با این پدیده آشنا شده‌ام ممکن است اشتباهاتی در این مطلب وجود داشته باشد که در این صورت امیدوارم دوستان مطلع نظرات اصلاحی خود را دریغ نکنند)