آخرین پیش‌بینی اینشتین هم ساخته شد: موتور هسته‌ای برای خودرو

با گذشت بیش از ۹۰ سال از پیش‌بینی اینشتین ، استارتاپ راکت‌ستار می‌خواهد نخستین نمونه از موتور پروتونی را به سرانجام برساند. این موتور، انرژی گداخت هسته‌ای را در ابعادی کوچک‌تر از نیروگاه مهار می‌کند و می‌تواند در آینده برای به پیش راندن خودروها نیز مورداستفاده قرار بگیرد.

بیش از ۶۰ سال است که بشر با فناوری «گداخت هسته‌ای» به شکل بمب‌های هیدروژنی آشنا شده است؛ اما تازه طی چند سال اخیر است که دست‌یابی به فناوری صلح‌آمیز و اقتصادی گداخت هسته‌ای، در افق دید پژوهشگران پدیدار شده. در فناوری گداخت هسته‌ای، هسته‌های سبک ماده (مانند هیدروژن) به هم جوش می‌خورند و ضمن تشکیل هسته‌های سنگین‌تر (مانند هلیوم)، انرژی عظیمی را آزاد می‌کنند. این همان فرآیندی است که در دل خورشید و دیگر ستارگان اتفاق می‌افتد.

به گزارش خبرآنلاین، گداخت هسته‌ای برخلاف فناوری شکافت هسته‌ای که امروزه در نیروگاه‌های هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌شود، منبع پاک و تقریباً پایان‌ناپذیر انرژی را در اختیار ما قرار می‌دهد. این در حالی است که فناوری شکافت هسته‌ای آلایندگی‌های خطرناک و قابل‌توجهی دارد و با الگوهای زیست‌محیطی و انرژی‌های تجدیدپذیر، سازگار نیست.

سال ۱۹۲۹ (۱۳۰۸ شمسی) بود که «آلبرت اینشتین»، فیزیکدان معروف آلمانی-آمریکایی در مورد امکان ساخت یک «موتور پروتونی» مبتنی بر همجوشی هسته‌ای نظریه‌پردازی کرد؛ موتوری که می‌توانست فضاپیما را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به پیش براند. ایده اینشتین آن بود که از دمای بالای همجوشی هسته‌ای برای پرتاب کردن جریانی از پروتون‌ها و ایجاد نیروی پیشرانش استفاده کنیم.

تلاش‌های قبلی برای ساخت موتور همجوشی هسته‌ای به دلیل محدودیت‌های فناوری شکست خورده بود؛ بااین‌حال در دهه‌های اخیر، فناوری در بخش‌های مختلف شاهد چنان پیشرفت‌های عظیمی بوده که امروزه تلاش برای ساخت این موتور انقلابی را امکان‌پذیر می‌سازد.

یکی از اصلی‌ترین پیشرفت‌ها، توسعه مواد جدیدی است که دمای فوق‌العاده بالای درون راکتور همجوشی هسته‌ای را تحمل می‌کنند. امروزه آلیاژهای ویژه و سرامیک‌های پیشرفته‌ای برای در بر گرفتن پلاسمای فوق‌داغ لازم برای همجوشی ساخته شده‌اند.

عامل کلیدی دیگر، پیشرفت فیزیک‌دانان در درک فیزیک پلاسما و همجوشی هسته‌ای است. اکنون دانشمندان از مدل‌های محاسباتی بسیار دقیق‌تری برای شبیه‌سازی و کنترل واکنش‌های همجوشی بهره می‌برند که ظرفیت بیشتری را برای تثبیت و حفظ واکنش‌های لازم در اختیارشان قرار می‌دهد.

علاوه بر این، تکنیک‌های جدیدی برای مهار پلاسمای داغ با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به دست آمده‌اند. یکی از بزرگ‌ترین موانع توسعه فناوری همجوشی (گداخت هسته‌ای)، تماس پلاسمای داغ با دیواره رآکتور است که باعث خنک شدن پلاسما و توقف واکنش می‌شود؛ اما آهنرباهای ابررسانای جدید می‌توانند با ترکیب میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، مانع این پدیده شوند.

استارتاپ RocketStar که سال ۲۰۲۱ تأسیس شد، در حال توسعه موتور پیشرانشی بر پایه همجوشی هسته‌ای است. هدف آن، ساخت موشکی انقلابی است که از همجوشی هسته‌های هیدروژن برای تولید تکانه‌های ویژه بسیار بالا استفاده می‌کند.

طراحی راکت‌ستار بر اساس همجوشی پروتون‌ها (هسته هیدروژن) با استفاده از میدان مغناطیسی قیفی‌شکل است. پروتون‌ها به انتهای پهن قیف تزریق می‌شوند و حین نزدیک شدن به انتهای باریک قیف، فشرده می‌شوند تا به دما و چگالی بسیار بالایی برسند.

در این شرایط، همجوشی هسته‌ای اتفاق می‌افتد و مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌شود که با سرعت بالا به جت پلاسما تبدیل می‌شود. با خروج جت پرانرژی پلاسما از انتهای موتور، موتور و دیگر سازه‌های متصل به آن در جهت مخالف به پیش رانده می‌شود.

مزیت این روش، آن است که سوخت همجوشی (هیدروژن) را می‌توان از آب سنگین تأمین کرد که ذخایر آن در آب‌های اقیانوس، عملاً پایان‌ناپذیر است و حتی در آینده نه‌چندان نزدیک می‌توان از آن در وسایل نقلیه نیز استفاده کرد.

موتور پروتونی نشان می‌دهد که با فناوری نوین می‌توان به حمل‌ونقل پایدار، سبز و فاقد آلودگی دست یافت؛ هرچند که فناوری‌های دیگری مانند پیل سوختی هم می‌توانند در این حوزه حرفی برای گفتن داشته باشند.