کاربرد تازه بمب افکن شکست خورده آمریکا که به درد جنگیدن نمی خورد!، عکس - مینی نت

غزال زیاری- طبق برآوردهای اجرا شده، جمعیت کره زمین در سال 2040، احتمالا از مرز 9 میلیارد نفر عبور خواهد نمود و این در حالی است که جمعیت کره ما در سال 2016، حدود 7.36 میلیارد نفر برآورد شده بود. در این میان محققان بر این باورند که این رشد جمعیت، به منزله رشد 48 درصدی در مصرف انرژی خواهد بود.

البته سوخت های فسیلی عطش دنیا برای تامین انرژی را از بین می برند ولی مشکل اینجاست که سوزاندن این سوخت ها، باعث تشدید تغییرات اقلیمی و تهدید جان میلیون ها نفر خواهد شد. همین سوخت ها نیز راهکاری موقتی هستند؛ چرا که طبق برآوردها ذخایر موجود سوخت های فصلی تا یک الی دو قرن آینده به اتمام خواهند رسید. در همین حال، انرژی های تتازهپذیر مثل باد و انرژی خورشیدی، گرچه به نوعی راهکاری برای حل این مشکل هستند ولی گزینه های ایده آلی به شمار نمی آیند، مخصوصا اگر دنیا بخواهد به ضرب الاجل مشخص شده در توافق نامه پاریس برای سال 2050 متعهد بماند.

کرک سورنسن، مدیر ارشد فناوری استارت آپ انرژی هسته ای Flibe Energy دراین باره گفته: شما باید قادر باشید تا به شیوه قابل اعتمادی انرژی فراوری کنید و باید بتوانید طبق احتیاجها این کار را انجام دهید. این کار از عهده باد و خورشید بر نمی آید و هرگز قادر به انجام این کار نخواهید بود.

راکتورهای هسته ای با این شرایط مطابقت دارند؛ آنها در حجمی بالا انرژی فراوری نموده و قابل اعتماد هستند و برخلاف تصورات موجود، کربن منتشر نمی نمایند و در بین امن ترین منابع انرژی کره زمین قرار دارند. در حال حاضر راکتورهای هسته ای، 20% از انرژی آمریکا را تامین می نمایند ولی طبق گزارش آزمایشگاه ملی آیداهو که در سال 2016 منتشر شد، این آمار ممکن است تا سال 2040 با کاهش حدودا پنجاه درصدی روبرو گردد؛ چرا که کمپانی ها تدریجا راکتورهای قدیمی شان را از رده خارج می نمایند.

خوشبختانه حالا یک راه چاره قدرتمند و تقریبا ناشناخته ممکن است به یاری حل این مشکل بیاید: استفاده از هواپیماهای دوران جنگ سرد: بمب افکن جت NB-36H که درحالی که یک راکتور هسته ای را در داخل خود حمل می کردند، بر فراز آسمان دو استان از ایالات متحده آمریکا پرواز نموده بودند. این کوشش، بخشی از برنامه پیشرانه هسته ای هواپیما (ANP) بود که اگرچه در نهایت لغو شد، ولی ANP توانست نوع تازهی از نیروگاه به نام راکتور نمک مذاب را فراوری کند.

در حال حاضر مهندسانی مثل سورنسن در کوششند تا راکتور نمک مذاب را که آمریکا در دهه 1970 از استفاده از آن دست کشید، احیا نموده و آن را با توریم مورد بهره برداری قرار دهند.

پرواز با انرژی هسته ای

دولت آمریکا در سال 1946 ، ANP را به عنوان کوششی برای توسعه جت بمب افکن هسته ای شروع کرد. این ابزاری برای دستیابی به یک هدف مرگبار و البته کاربردی بود؛ قابلیت پرواز به مسافت دست کم 25 هزار کیلومتر بدون احتیاج به سوختگیری، این جت را تبدیل به گزینه ای ایده آل برای حملات نظامی می کرد. فیزیکدانی به نام آلوین واینبرگ که معروف ترین راکتور هسته ای آب سبک (LWR) را در سال 1945 اختراع کرد، به عنوان مدیر آزمایشگاه ملی ORNL در تنسی مسئولیت این پروژه را برعهده گرفت. البته او قصد نداشت تا LWR را در داخل یک هواپیما به کار بگیرد

راکتورهای LWR که امروزه 100% انرژی هسته ای آمریکا را تامین می نمایند، برپایه سوخت هسته ای جامد که معمولا حاوی اورانیوم 235 است کار می نمایند. اگر این ایزوتوپ شکافت پذیر اورانیوم، مورد اصابت یک نوترون قرار بگیرد، شکافته شده و میزان زیادی انرژی آزاد نموده و نوترون های بیشتری را به بیرون پرتاب خواهد نمود. این فرآیند شکافت نام دارد. اگر در مکانی سوخت کافی وجود داشته باشد، نوترون های کافی در اطراف به پرواز در می آیند تا یک واکنش زنجیره ای شکافت ادامه پیدا کند.

مشکل اینجاست که سوخت هسته ای جامد بسیار ناکارآمد است. در عمل، LWR تنها درصد کمی از سوخت را قبل از آنکه احتیاج به تعویض داشته باشد، مورداستفاده قرار می دهد؛ به همین دلیل هم مواد زاید به آرامی در سوخت انباشت شده، نوترون های بیشتر و بیشتری را جذب نموده و همین فرآیند شکاف را مسموم نموده و با مشکل روبرو می نماید.

از همین رو واینبرگ، به فکر توسعه ایده ای افتاد که در زمان کار کردن در پروژه منهتن با آن آشنا شده بود: راکتوری که سوخت خود را از مایعی از نمک مذاب تامین می نماید.

بیشتر بخوانید:

• هیچ کس نمی داند گرانقیمت ترین پارچه دنیا چطور بافته می گردد!/عکس
• میزان باورنکردنی مغز انسان نئاندرتال / عکس

راکتورهای نمک مذاب، شبیه به هیچ یک از نیروگاه های هسته ای تجاری امروزی نیستند. آنها به جای استفاده از سوخت هسته ای جامد، سوخت هسته ای را در یک سیال پایدار و شعله ور، حل می نمایند. استفاده از سیال، کارآیی فرایند شکافت هسته ای را بالا خواهد برد؛ چرا که محصولات شکافت را به سادگی از جریان فرآیند حذف نموده و در عین حال تقریبا تمام سوخت هسته ای را سوزانده و فراوری انرژی را افزایش می دهد.

چنین راکتورهایی اساسا ضدذوب هستند؛ به این علت که سوخت آنها از قبل مذاب شده است. در عین حال نمک برای ذوب شدن به حرارت بیرونی احتیاج دارد و سرد کردن آن، باعث جامد شدن و انبساط مواد شده و اتم های شکافت پذیر را از هم دور نموده و در نتیجه روند شکاف را کند می نماید.

واینبرگ و همکارانش دریافتند که این بازدهی به مهندسان یاری خواهد نمود تا راکتور کوچکی ساخته و بتوانند آن را در داخل هواپیما مورد استفاده قرار دهند. در نتیجه او و تیمش در ORNL راکتور نمک مذاب کوچکی را به عنوان بخشی از یک برنامه فرعی ساختند که ARE (آزمایش راکتور هواپیما) نام گرفت.

فراوری راکتور نمک مذاب

درسال 1954، واینبرگ و تیمش، نمونه اولیه این راکتور را ساختند: یک نیروگاه 2.5 مگاواتی که از میزان کمی اورانیوم 235 حل شده در نمک مذاب ساخته شده از فلوئور، سدیم و زیرکونیوم استفاده می کرد و این اولین راکتور نمک مذابی بود که تا آن موقع ساخته شده بود.

در داخل سوخت نمک مذاب ARE، اورانیوم، به یک واکنش زنجیره ای شکافت، نیرو می دهد. گرمای اتمی، یک حلقه خنک نماینده 300 درجه ای را از سدیم مذاب تشکیل می دهد . هوای ورودی، سدیم را سرد نموده و پمپ ها آن را برای گرم شدن مجدد به هسته راکتور دارای سوخت مایع بر می گردانند.

واینبرگ در سال 1994 در زندگینامه اش که به نام اولین دوره هسته ای منتشر شد نوشت: نیروی هوایی از آزمایش راکتور هواپیما به شدت هیجان زده شد؛ دما تا حدی بالا بود که می توانست موتورهای جت را به حرکت دربیاورد.

نیروی هوایی آمریکا بلافاصله جت بمب افکن B-36 (Crusader) را به یک راکتور هسته ای مجهز کرد و بودجه بعدی راکتور نمک مذاب ORNL نیز تامین شد. البته نیروی هوایی در سال 1957، ART را لغو کرد تا بتواند هزینه ها را کاهش داده و به جای، آن راکتور متفاوتی را به آسمان بفرستد.

این راکتور، یک راکتور نمک مذاب نبود؛ بلکه راکتور آب سبک بود که هرگز به موتورهای هواپیما متصل نشد؛ چرا که جت Crusader تنها برای تست محافظ تشعشع درنظر گرفته شده بود و نیروی هوایی درنظر داشت تا بعدها این راکتور آب سبک را در یک بمب افکن هسته ای هدفمند به نام WS-125 بگنجاند.

Crusader در بین سال های 1955 تا 1957، چهل وهفت پرواز نمایشی را برفراز نیومکزیکو و تگزاس انجام داد؛ وزن آن درحالتی که کامل بارگیری شده بود به 18 تن می رسید و مجموعا 218 ساعت پرواز کرد و راکتور نزدیک به 90 ساعت کار کرد.

اما جان اف کندی، رئیس جمهور آمریکا به علت روبرو شدن با هزینه هایی گزاف (حدود 7 میلیارد دلار) و از آنجا که اولویت های دیگری مثل ساخت موشک های بالستیک قاره پیما و مسابقات فضایی را پیش رو می دید، تمام پروژه های مرتبط با پیشران هسته ای هواپیما را در سال 1961 به تعلیق در آورد. تا آن موقع، واینبرگ یک میلیارد دلار و سال ها تحقیقات ارزشمند برروی راکتورهای نمک مذاب را در اختیار گرفته بود.

در دهه 1960 و با سرمایه گذاری دولت آمریکا بر توسعه نیروگاه های هسته ای تجاری، واینبرگ تمام دانشش را در آزمایش راکتور نمک مذاب (MSRE)به کار گرفت و تا سال 1969، هزاران ساعت برق فراوری کرد و نتایج موفقیت آمیزی داشت. گام بعدی توسعه MSRE به چیزی به نام راکتور پرورش دهنده بود.

مرگ رویاهای واینبرگ

راکتورهای پرورش دهنده به لطف فرآیندی به نام جذب نوترون (که یک اتم بارور است که می تواند از شکافت، نوترون دیگری را به خود جذب نموده و سپس به سوخت تجزیه گردد)، می توانند سوخت بیشتری را نسبت به آنچه به وسیله شکافت می سوزانند، فراوری نمایند. در ادامه می توان این سوخت را برای فراوری سوخت بیشتری شکافت کرد و همین روش را ادامه داد.

تا زمانی که ماده باروری در دسترس باشد، این روند ادامه خواهد یافت ولی روند پرورش تنها با چند ایزوتوپ رادیواکتیو کار می نماید؛ چرا که برای فعالیت به نوترون های زیادی احتیاجمند است.

یکی از آنها، اورانیوم 238 است؛ یک ایزوتوپ بارور که بیش از 99% سنگ معدن اورانیوم را تشکیل می دهد و می توان آن را به پلوتونیوم 239 که سوختی با قابلیت شکافت و مواد تسلیحاتی است تبدیل کرد.

عنصر دیگر توریوم است که می تواند به اورانیوم 233 تبدیل گردد؛ یک سوخت شکافت پذیر دیگر که البته کار کردن با آن یا تبدیل آن به یک ماده به درجه بمب، بسیار سخت است.

سورنسن دراین باره گفته: درحال حاضر ما توریم را به صورت غیرعمد و از استخراج خاک های کمیاب به دست می آوریم و در پی نئودیمیم و دیگر خاک های کمیاب هستیم؛ در این فرآیندها میزان زیادی توریم به دست می آید که درحال حاضر مورد استفاده نیست و مثل زباله دور ریخته می گردد.

هرچند که واقعیت چیز دیگری است و بنابرآنچه در کتاب سوخت فوق العاده که در سال 2013 منتشر شده درباره توریم می خوانیم: توریم تقریبا چهاربرابر اورانیوم فراوانی دارد و میزان آن به میزان سرب است. کافی است در پارک یک مشت خاک از روی زمین بردارید؛ در همین یک مشت خاک، دوازده قسمت در میلیون، توریم وجود دارد. طبق برآوردهای آژانس انرژی هسته ای آمریکا، این کشور دارای حدود 440 هزار تن منابع توریم است و استرالیا غنی ترین کشور از این حیث به شمار می رود. توریم هم مثل اورانیوم و پلوتونیوم، منبع انرژی متراکم و کارآمدی است: کافی است میزانی شن و ماسه در سواحل مشخصی در هند جمع آوری کنید؛ همین میزان خاک برای تامین انرژی شهر بمبئی برای یک سال کافی خواهد بود.

واینبرگ تخمین زده که توریم می تواند برای میلیاردها سال، تمام احتیاجهای انرژی دنیا را تامین کند. آن هم تنها به وسیله یک راکتور فراوری نماینده نمک مذاب که تقریبا تمام سوخت خود را سوزانده و صدها برابر کمتر از LWRها ضایعات خواهد داشت. ولی دولت آمریکا در سال 1972، MSRE را لغو کرد و اندکی بعد از آن هم واینبرگ بازنشسته شد و هرگز تحقیقاتش را ادامه نداد.

اخیرا دولت آمریکا برای راکتورهای هسته ای اش مجددا به سراغ طرح LWR آمده؛ چرا که تعداد زیادی از این راکتورها ساخته شده بودند و ارتش نیز طراحی زیردریایی های هسته ای را پسندیده و در عین حال، آنها می توانستند بدین ترتیب مواد تسلیحات هسته ای بسازند.

نسل بعدی انرژی هسته ای

در دهه 2000، سورنسن و البته کشورهایی مثل چین و هند، مجددا به سراغ ایده استفاده از راکتورهای نمک مذاب با سوخت توریم رفتند. سورنسن یکی از معدود کارآفرینانی است که در کوشش برای احیا، نوسازی و کسب مجوز برای این نسخه از تکنولوژی که راکتور توریم فلوراید مایع (LFTR) است، رفت.

هانس گوگار، فیزیکدان هسته ای آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) دراین باره گفته: این فناوری با دوام است؛ علم این را ثابت نموده.

البته که کار سختی پیش روست؛ توسعه تکنولوژی انرژی هسته ای،به میلیاردها دلار بودجه احتیاج دارد و بسیار کند است؛ چرا که پیش از ساخت نیروگاه های تجاری در مقیاس بزرگ، باید در چندین مرحله ایمنی آنها را آنالیز کرد و LFTR مشابه هیچ سرویس امروزی دیگری نیست.

ریتا بارانوال، مهندس مواد دراین باره گفته: مانور دادن برروی صدور مجوز یک چالش بزرگ است. در حال حاضر چارچوب نظارتی، برای پشتیبانی از این تکنولوژی های نوآورانه تازه، ساده نشده است.

طبق پیش بینی وزارت انرژی آمریکا، صدور مجوز برای یک نیروگاه نمک مذاب در مقیاس کامل و تجاری احتمالا تا سال 2040 یا 2050 طول خواهد کشید. در عین حال، نیروگاه های هسته ای قدیمی و درعین حال حیاتی آمریکا، بازسازی و به روز نمی شوند. به همین دلیل هم هست که تابستان گذشته، INL از بارانوال خواست تا راهنمایی برنامه تازهی برای تسریع نوآوری در انرژی هسته ای (GAIN) را برعهده بگیرد؛ این یک سیستم شتاب دهنده فناوری و پشتیبانی است که برای کارآفرینان هسته ای کوچک ایجاد شده است.

سورنسن بر این باور است که هرکسی که این سیستم را بسازد و به هر ترتیبی که ساخته گردد، راکتورهای نمک مذاب با سوخت توریم کلید حل مسائل انرژی کره زمین خواهند بود: این چیزی است که در آینده به شدت به نفع بشر خواهد بود و عصر تازهی از موفقیت بشر را رقم خواهد زد. اگر دنیا این تکنولوژی را بخواهد، باید با مسئولان صحبت نموده و آن را درخواست نمایند. جوامعی که تصمیم به پذیرش این نوع فناوری بگیرند، در نهایت به مزایا و فزونی های آن پی خواهند برد.

منبع: finance.yahoo

5858