بیگ بنگ: در بالای سر ما یک منبع انرژی قدرتمند وجود دارد که توسط طبیعت (خورشید) تولید شده است. از آنجا که خورشید 150 میلیون کیلومتر با ما فاصله دارد، فقط یک میلیاردمِ کل خروجی انرژی آن به زمین می‌رسد و در نهایت به شکل‌گیری حیات کمک می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، انرژی که خورشید هر ثانیه به سطح زمین می‌تابد بیشتر از مجموع الکتریسیته‌ی تولید شده توسط تمام نیروگاه‌های روی کره زمین در طی یک سال است. در اینجا بر روی زمین، انسان‌ها غالباً با برداشت (تولید) انرژی، نیروی ماشین‌ها را تأمین می‌کنند: مثلاً برداشت انرژی آب جاری و تبدیل آن به الکتریسیته در نیروگاه‌های هیدروالکتریک. برای تولید انرژی، باید ماده را به انرژی تبدیل کنید.

واکنش‌های زنجیره‌ای

یک راه برای انجام این کار این است که اتم‌ها (عناصر سازندۀ بنیادی تمام ماده در کیهان) را شکاف دهیم. اگر این کار را با احتیاط انجام دهید، می‌توانید یک جریان ثابت از انرژی را تولید کنید. اما اگر نتوانید کنترل کنید، حجم بسیار زیادی انرژی را یکباره در یک انفجار هسته‌ای آزاد خواهید کرد.

هسته‌ی هر اتم از اجزای کوچکتری تشکیل شده است: پروتون‌ها و نوترون‌ها. نیرویی که هسته را کنار هم نگه می‌دارد انرژی زیادی بسیار زیادی را ذخیره می‌کند. دانشمندان برای بدست آوردن انرژی از هسته، فرآیند شکاف یک اتم سنگین به اتم‌های سبک‌تر را انجام دادند. از آنجایی که اتم‌های سبک‌تر برخلاف اتم‌های سنگین به انرژی زیادی برای نگه داشتن هسته نیاز ندارند، انرژی به صورت گرما و نور آزاد می‌شود. این فرآیند شکافت هسته‌ای نامیده می‌شود.

وقتی یک اتم شکاف داده می‌شود، یک واکنش زنجیره‌ای آغاز می‌شود: اتم شکافته یک اتم دیگر را شکاف می‌دهد و همچنان ادامه پیدا می‌کند. برای اینکه واکنش زنجیره‌ای قابل کنترل باشد، دانشمندان راه‌هایی را برای کُند کردن این شکافت توسعه دادند، مثل جذب برخی از ذرات شکافت.

نیروی هسته‌ای

نیروگاه‌های هسته‌ای انرژیِ آزاد شده از شکافت اتم‌ها را به طور قابل کنترل برداشت می‌کنند. بزرگترین نیروگاه‌ هسته‌ای جهان نیروگاه هسته‌ای کاشیوازاکی-کاریوا در ژاپن است. این نیروگاه شامل هفت رآکتور هسته‌ای با حداکثر ظرفیت تقریبی 8000 مگاوات است. بزرگترین رآکتور هسته‌ای جهان یک پل بین دو رآکتور در نیروگاه هسته‌ای تایشان چین است. هر رآکتور تایشان دارای ظرفیت 1.750 مگاوات است. راه‌اندازی چند رآکتور هسته‌ای را در ویدئوی زیر تماشا کنید:

مقدار نیرو خیلی کمتر از واکنش‌های هسته‌ای کنترل نشده مثل بمب‌های اتمی است. امروزه خروجی انرژی از یک بمب اتم معادل با الکتریسیته‌ای است که نیروگاه کاشیوازاکی-کاریوا در نصف یک سال تولید می‌کند. نقطه ضعف شکافت، تولید ضایعات و پسماندهای هسته‌ای است. اتم‌های شکافته شده معمولاً ناپایدارند و تابش خطرناکی را تولید می‌کنند. ضایعات هسته‌ای باید برای سال‌های زیادی به درستی ذخیره شوند، زیرا بسیار خطرناکند.

همجوشی هسته‌ای

همچنین دانشمندان نوع دیگری از واکنش هسته‌ای را کشف کرده‌اند، واکنشی که انرژی را بدون ضایعات هسته‌ای تولید می‌کند. وقتی دو اتم سبک‌تر به شکل یک اتم سنگین ترکیب می‌شوند، جرمِ هدر رفته به انرژی تبدیل می‌شود. این فرآیند «همجوشی هسته‌ای» نام دارد، “همجوشی” در هسته‌ی خورشید رخ می‌دهد. هر ثانیه، خورشید حدود 600 میلیون تن هیدروژن را به حدود 596 میلیون تن هلیم می‌سوزاند و انرژی معادل با تریلیون‌ها بمب اتم را تولید می‌کند.

هرچند، دستیابی به همجوشی هسته‌ای بر روی زمین بسیار دشوار است. همجوشی فقط در شرایط شدید مثلاً دما و فشار بسیار بالای خورشید رخ می‌دهد. دانشمندان هنوز باید ثابت کنند که همجوشی هسته‌ای قابل کنترل بیشتر انرژی تولید می‌کند تا اینکه مصرف کند، اما آنها به سختی در حال کار بر روی این مسئله هستند. یک روش این است که لیزرهای با توان بالا را از جهت‌های مختلف در نقاط کوچکی از ایزوتوپ‌های هیدروژن شلیک کنیم.

انرژی همجوشی هسته‌ای می‌تواند یک راه‌حل امیدوارکننده برای انرژی در آینده باشد. اما فراموش نکنید که ما یک رآکتور همجوشی هسته‌ای غول‌پیکر در بالای سرمان داریم: «خورشید». با بهبود بهره‌وری انرژی خورشیدی، ما حتی دیگر نیازی به ایجاد انرژی نداریم و فقط باید بیشترِ چیزی که خورشید هر روز به ما می‌دهد را برداشت کنیم.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com