5 دقیقه
دگرگونی عناصر: از کیمیاگری تا علم مدرن همجوشی هسته‌ای
قرن‌هاست که ایده تبدیل مواد معمولی به طلا، ذهن کیمیاگران را به خود مشغول کرده و موجب خلق افسانه‌ها و تلاش‌های بی‌شمار علمی شده است. در دوران معاصر، این آرزو همچنان پابرجاست؛ اما رویکرد علمی امروز بر پایه فیزیک هسته‌ای است و نه افسونگری.
اصل علمی تبدیل یک عنصر به عنصر دیگر که به آن دگرگونی هسته‌ای (nuclear transmutation) گفته می‌شود، به خوبی شناخته و اثبات شده است. شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای و برخورددهنده‌های پرانرژی مانند برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن ژنو، به طور مستمر اتم‌ها را با هم برخورد می‌دهند و گاهی عناصر جدیدی از جمله طلا ایجاد می‌کنند. با این حال، این روش‌ها برای تولید طلا بسیار غیرکارآمد هستند. برای نمونه، در آزمایش ALICE در سرن طی چهار سال تنها 29 پیکوگرم طلا (یک تریلیونیم یک گرم) تولید شد که نشان‌دهنده عملی نبودن استخراج طلا از طریق چنین برخوردهایی است.
پیشنهاد نوآورانه: تولید طلا با راکتورهای همجوشی
در این میان، شرکت Marathon Fusion مستقر در کالیفرنیا قصد دارد با بهره‌گیری از فناوری همجوشی هسته‌ای، انقلابی در خلق عناصر ایجاد کند. به جای تکیه بر برخورددهنده‌های سنتی، این شرکت هدف دارد با استفاده از جریان پرانرژی نوترون‌های تولیدشده در یک راکتور همجوشی، جیوه را به طلا تبدیل کند.
در این روش، ایزوتوپ پایدار جیوه-198 با بمباران نوترون‌های پرانرژی، به ایزوتوپ ناپایدار جیوه-197 تبدیل می‌شود که سریعاً به ایزوتوپ پایدار طلا-197، یعنی تنها ایزوتوپ طبیعی طلا، واپاشی می‌کند. بر اساس تخمین تیم این شرکت، در صورت اجرای این فرآیند در مقیاس صنعتی و در نیروگاه همجوشی با قدرت گیگاوات، امکان تولید چندین تُن طلا در سال وجود خواهد داشت.
علم دگرگونی نوترونی
در قلب نقشه Marathon Fusion، از دوتریوم و تریتیوم، دو نوع ایزوتوپ هیدروژن، به عنوان سوخت همجوشی استفاده می‌شود. زمانی که این دو در هسته پلاسما راکتور با هم ترکیب می‌شوند، مقدار زیادی انرژی و نوترون‌های پرانرژی آزاد می‌شود. برای شروع واکنش هسته‌ای تبدیل جیوه-198 به طلا، نوترون‌هایی با انرژی بالای 6 مگاالکترون‌ولت (MeV) مورد نیاز است. این نوترون‌ها با نفوذ به مواد، امکان دگرگونی اتمی مطلوب را فراهم می‌آورند.
برای ارزیابی این ادعا و بهینه‌سازی فرآیند، شرکت از «نمونه دیجیتال» استفاده می‌کند. این شبیه‌ساز رایانه‌ای پیچیده، تمام فرآیندهای فیزیکی در راکتور همجوشی مانند شار نوترونی و فرایندهای رادیواکتیو را مدل‌سازی می‌کند. با این حال، باید تاکید کرد که اثبات عملی این روش نیازمند راکتوری تجاری در مقیاس بزرگ است که در حال حاضر وجود ندارد.
چالش‌های فعلی و وضعیت فناوری همجوشی
همجوشی هسته‌ای نویدبخش تولید انرژی پاک و فراوان با الگوبرداری از سازوکار انرژی ستارگان است، اما خلق و حفظ یک راکتور همجوشی تجاری یکی از دشوارترین چالش‌های علمی و مهندسی قرن ماست. راکتورهای آزمایشی فعلی همچون توروس مشترک اروپا (JET) در بریتانیا، تاکنون تنها انرژی همجوشی محدودی تولید کرده‌اند که دشواری‌های فنی مسیر را نمایان می‌سازد.
پژوهشگران برای غلبه بر این موانع، به طراحی‌های نوین راکتور روی آورده‌اند. یکی از این ابتکارات، پروژه STEP در بریتانیاست که هدفش کوچک‌تر و کارآمدتر کردن راکتورهای همجوشی با بهینه‌سازی مدیریت پلاسما است. نخستین نمونه STEP برای سال 2040 برنامه‌ریزی شده و امید محتاطانه‌ای را درمیان کارشناسان برانگیخته است.
پیامدهای اقتصادی، عملی و زیست‌محیطی
هر چند محاسبات نظری موفقیت‌آمیز بودن تبدیل جیوه به طلا در راکتور همجوشی را نشان می‌دهد، اما عوامل متعددی این خوش‌بینی را کاهش می‌دهد. مهم‌ترین نکته این است که طلای تولیدشده در این فرایند ابتدا پرتوزا خواهد بود و به عملیات جداسازی، انبارداری و تصفیه نیاز دارد تا برای استفاده ایمن گردد؛ روندی که با چالش‌ها و مقررات فراوان همراه است.
همچنین، شبیه‌سازی‌های نمونه دیجیتال تنها تا جایی اعتبار دارند که شرایط واقعی را بازآفرینی کنند. بسیاری از جزئیات فیزیکی یا مشکلات فنی غیرمنتظره ممکن است حتی از پیشرفته‌ترین مدل‌ها نیز پنهان بماند و سال‌ها آزمایش عملی برای تایید الزامی است. به توصیه فیزیک‌دانان هسته‌ای، بی‌دقتی در شبیه‌سازی می‌تواند تصویر بیش از حد خوشبینانه‌ای ارائه دهد. تا زمانی که راکتورهای همجوشی تجاری راه‌اندازی نشده و این دگرگونی در مقیاس صنعتی آزمایش نشود، سودآوری اقتصادی و ایمنی تولید طلا از این روش همچنان فرضی باقی خواهد ماند.
با این وجود، ایده تولید طلا از جیوه با همجوشی به اندازه کافی جذاب بوده که توجه سرمایه‌گذاران علاقه‌مند به فناوری انرژی پیشرفته و منابع جایگزین فلزات گران‌بها را به خود جلب کند. احتمال وقوع یک «تب طلای کالیفرنیایی» جدید، این بار با فناوری همجوشی، ذهن بسیاری را مشغول ساخته—even اگر تحقق آن همچنان دور از دسترس باشد.
جمع‌بندی
طرح تبدیل جیوه به طلا با استفاده از همجوشی هسته‌ای، نمایانگر پیوند آرزوی دیرینه انسان با علم پیشرفته امروز است. هرچند شرکت‌هایی مانند Marathon Fusion مسیر کاربردی و نوآورانه برای استفاده از راکتورهای همجوشی پیشنهاد داده‌اند، اما موانع فنی، علمی و مقرراتی عظیمی پیش روست. فعلاً وعده تولید صنعتی طلا با فناوری همجوشی تنها یک افق نظری در فیزیک هسته‌ای و بازار فلزات گران‌بها باقی می‌ماند.
منبع: theconversation
.avif)
نظرات