همه روش‌های تولید برق را کنار بگذارید: همجوشی هسته ای با هوش مصنوعی آینده انرژی است

تصور کنید انرژی نامحدود، پاک و ایمن را در اختیار داشته باشید؛ دیگر نیازی به سوزاندن سوخت‌های فسیلی، ساخت نیروگاه‌های آبی عظیم، یا مدیریت چالش‌های انرژی بادی و خورشیدی نخواهد بود. این دقیقاً همان چشم‌اندازی است که همجوشی هسته‌ای برای آینده انرژی به ما ارائه می‌دهد. در ادامه روش ابتدایی پژوهشگران یک شرکت خصوصی وابسته به دانشگاه MIT را در این زمینه بررسی می‌کنیم که می‌تواند همان راهکاری باشد که سال‌ها دنبالش بوده‌ایم.

چرا همجوشی هسته‌ای بهترین روش تولید انرژی است؟

برخلاف شکافت هسته‌ای که از تجزیه اتم‌های سنگین برای تولید انرژی استفاده می‌کند و زباله‌های خطرناک تولید می‌کند، همجوشی هسته‌ای فرایند ترکیب اتم‌های سبک‌تر مانند هیدروژن برای ایجاد انرژی است. این فرایند نه‌تنها بسیار ایمن‌تر است، بلکه هیچ پسماند رادیواکتیو طولانی‌مدتی تولید نمی‌کند.

همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که در آن دو اتم سبک، معمولاً هیدروژن، با هم ترکیب می‌شوند و یک اتم سنگین‌تر تشکیل می‌دهند. در این واکنش، مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. این دقیقاً همان چیزی است که در هسته خورشید اتفاق می‌افتد و منبع اصلی نور و گرمای خورشید است. برای اینکه این فرآیند روی زمین انجام شود، نیاز به دماهای بسیار بالا (چندین میلیون درجه) و ابزارهایی پیشرفته مانند توکاماک داریم که پلاسما (گاز بسیار داغ و یونیزه) را در یک میدان مغناطیسی محصور می‌کنند.

این فناوری می‌تواند بهترین روش تولید برق باشد، زیرا برخلاف سوخت‌های فسیلی، هیچ آلودگی یا دی‌اکسیدکربن تولید نمی‌کند و برخلاف نیروگاه‌های هسته‌ای شکافتی (که در حال حاضر در همه‌جای جهان استفاده می‌شوند)، زباله‌های رادیواکتیو خطرناک ندارد. علاوه بر این، سوخت همجوشی، یعنی ایزوتوپ‌های هیدروژن مثل دوتریوم، از آب دریا به دست می‌آید و تقریباً نامحدود است. همجوشی هسته‌ای می‌تواند انرژی پاک، ایمن و پایدار را برای تأمین نیازهای جهانی فراهم کند و تأثیر بزرگی بر کاهش تغییرات اقلیمی داشته باشد.

سرمایه‌گذاری روی همجوشی هسته‌ای نه‌تنها چشم‌انداز کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را تقویت می‌کند، بلکه به تأمین انرژی پایدار و مستقل برای جهان کمک خواهد کرد. در دنیایی که نیاز به انرژی پاک بیش از هر زمان دیگری حس می‌شود، همجوشی هسته‌ای به‌عنوان پاسخی نویدبخش برای آینده انرژی بشر در حال ظهور است.

پیشرفت‌های بخش خصوصی در همجوشی هسته‌ای با AI

بنابر گزارش فوربس، در همین زمینه پروژه‌ای که با همکاری مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) پیش می‌رود، در حال بازتعریف نگاه ما به شیوه‌های تولید انرژی است. به عنوان نگارنده این مطلب معتقدم که این خبر باید بیشتر موردتوجه قرار می‌گرفت: آزمایش موفقیت‌آمیز همجوشی هسته‌ای در مرکز احتراق ملی (National Ignition Facility) آمریکا. در واقع این دستاورد به‌عنوان گامی حیاتی در مسیر تکامل فناوری، توجهات بسیاری را جلب کرد، اما به دلایلی در جریان روزمره اخبار گم شد.

آنطور که فوربس گزارش می‌دهد، در یکی از ارائه‌هایی که این ماه برگزار شد، Bob Mumgaard، مدیرعامل و یکی از بنیان‌گذاران شرکت سامانه‌های همجوشی مشترک (Commonwealth Fusion Systems)، از تلاش‌های بی‌وقفه برای یافتن منابع جدید و پاک انرژی سخن گفت. او همچنین به نقش حیاتی هوش مصنوعی در پیشبرد تحقیقات اشاره کرد و اظهار داشت:

این روزها رقابتی جهانی برای ساخت ماشینی در جریان است که بتواند این واکنش را روی زمین ممکن سازد. چنین ماشینی با استفاده از سوختی که برای همه در دسترس است (بدون نیاز به اورانیوم یا پلوتونیوم و بدون پسماند هسته‌ای) انرژی نامحدودی تولید خواهد کرد.

چه شرکتی زودتر راکتور گداخت کارآمد را می‌سازد

از میان تقریباً ۵۰ شرکتی که در این حوزه فعالیت می‌کنند، شرکت CFS به‌عنوان بزرگ‌ترین و پیشروترین آن‌ها شناخته می‌شود. دکتر مامگارد پیشرفت‌هایی را در ارائه خود توضیح می‌دهد که می‌توانند به فرآیندهای همجوشی در مقیاس تولیدی منجر شوند. بااین‌حال، هنوز چالش‌هایی در این مسیر وجود دارد و باید سه عامل اصلی گداخت به صورت کامل حل شوند: دمای بالا، تراکم بالا، و عایق مناسب.

مامگارد با اشاره به پیشرفت‌هایی که از قانون مور فراتر رفته‌اند، توضیح داد که موفقیت در تحقیقات جاری می‌تواند منجر به ساخت نیروگاهی شود که از هر فناوری دیگری که تاکنون دیده‌ایم، عملکرد بهتری داشته باشد. این شرکت زمینی در پایگاه غیرفعال ارتش آمریکا در Devens ایالات ماساچوست خریداری کرده و یک مرکز نمایشی به نام SPARC را در آن راه‌اندازی کرده که از آهن‌رباهای ابررسانای دما بالا (HTS) استفاده می‌کند.

SPARC، که متخصصان آن را «توکاماک» می‌نامند (واژه‌ای روسی برای دستگاهی که از میدان مغناطیسی برای همجوشی هسته‌ای گرمایی بهره می‌گیرد) به عنوان یک فناوری پیشرفته مورد توجه قرار گرفته است. جالب اینجاست که روس‌ها و اروپایی‌ها نیز از رویکرد توکاماک برای توسعه فناوری همجوشی استفاده می‌کنند.

دستاوردهای مرکز احتراق ملی آمریکا

در مرکز احتراق ملی آزمایشگاه لاورنس لیورمور، سال‌ها روی تحقیقات همجوشی کار شده است. چند سال پیش، اولین آزمایش موفقیت‌آمیز همجوشی از نوع خود در این مرکز انجام شد.

در این آزمایش، دانشمندان با استفاده از لیزرهای قدرتمند، قطعات کوچکی از مواد هدف را مورد اصابت قرار دادند تا انرژی تولید کنند. برای اولین بار، انرژی تولیدشده از انرژی ورودی به واکنش بیشتر بود.

در گزارشی از برنامه «60 دقیقه»، بازدید مفصلی از این مرکز و توضیحات علمی هیجان‌انگیزی ارائه شد. مجری گزارش با اشاره به هزینه ۳.۵ میلیارد دلاری این مرکز، گفت:

محققان نزدیک به ۲۰۰ بار در طول ۱۳ سال تلاش کردند، اما موتور اتمی مانند باتری‌ای ضعیف، هرگز روشن نمی‌شد.

در این گزارش همچنین نشان داده شد که اکثر متخصصان نسبت به دستیابی به همجوشی تجاری در کوتاه‌مدت، مانند یک دهه آینده، تردید داشتند.

نیروی همجوشی در زمان حال؟

با وجود شرایط عنوان شده فوق، مامگارد اعلام کرد که شرکت CFS سایتی را در خارج از ریچموند، ویرجینیا انتخاب کرده که قرار است نخستین نیروگاه همجوشی در مقیاس شبکه‌ای جهان را در همکاری با شرکت انرژی Dominion Energy Virginia بسازد. انتظار می‌رود این نیروگاه اوایل دهه ۲۰۳۰ به شبکه برق متصل شود.

به گفته مدیر شرکت، سرمایه‌گذاران این طرح برای مسیر طولانی آماده هستند و منابع مالی لازم برای دستیابی به این هدف را تأمین کرده‌اند. او با اشاره به نمودارهای پیشرفت نمایی در زمینه نیروگاه گداخت کارآمد معتقد است:

این نوع پیشرفت می‌تواند ما را در کاهش دمای جهانی و مقابله با تغییرات اقلیمی یاری کند. اگرچه استاندارد ۱.۵ درجه سانتی‌گراد را پشت سر گذاشته‌ایم، اما شاید بتوانیم افزایش دما را به ۲ درجه محدود کنیم و از رسیدن به ۴ درجه جلوگیری کنیم.

نقش حیاتی هوش مصنوعی

اما با توجه به تیتری که در ابتدای این مطلب عنوان کردیم، ارتباط هوش مصنوعی با نیروگاه همجوشی هسته‌ای چیست؟ بنابر گزارش منتشر شده در فوربس، به طور خاص، تیمی از دانشگاه پرینستون موفق شده با استفاده از هوش مصنوعی ناپایداری‌های پلاسما را پیش‌بینی و درک کند. این فناوری به آهن‌رباها کمک می‌کند تا در زمان واقعی و در یک راکتور واقعی، پایداری پلاسما را حفظ کرده و به بالاترین بازده دست یابند.

ایگمن کولمن، رهبر تحقیقات آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون، دراین‌باره می‌گوید:

با یادگیری از آزمایش‌های گذشته و بدون نیاز به مدل‌های فیزیکی، هوش مصنوعی توانست سیاست کنترلی نهایی را توسعه دهد که یک حالت پلاسما پایدار و پرقدرت را در زمان واقعی پشتیبانی می‌کرد. با راه‌اندازی SPARC، اکنون گامی نزدیک‌تر به مشاهده عملی این روش‌ها برداشته‌ایم.

با این اوصاف می‌توانیم بگوییم که به‌نوعی، این مهم‌ترین کاربرد هوش مصنوعی است که می‌توان به آن اندیشید. اگر این فناوری موفق شود ما را از فاجعه اقلیمی نجات دهد، همه دستاوردهای دیگر در سایه آن قرار خواهند گرفت.

نظر شما در این مورد چیست؟