همجوشی یا فیوژن هسته‌ای چیست و چه کسی آن را کشف کرد؟
سال اکتشاف: 1951
این کشف چه می‌گوید؟
هم جوشی برخلاف شکافت، هستهٔ دو اتم را در هم ذوب و مبدل به اتمی بزرگتر می‌کند و مقدار متنابهی انرژی آزاد می‌نماید.
چه کسی آن را کشف کرد؟
لیمان اسپیتزر Lyman Spitzer
انرژی همجوشی، نیروی خورشید است. منبع قدرت نامحدودی است که از هیدروژن ولیتیوم تولید می‌شود – موادی که در پوستهٔ زمین پیدا می‌شوند – همجوشی پاک و غیر آلاینده است. نظریهٔ همجوشی در اواخر 1910 و 1920 ارایه شد. در 1930 از نظر ریاضی شرح داده شد. سرانجام در 1951 کشف شد (در آزمایشگاه به اثبات رسید). از این فناوری برای تولید بمب هیدروژنی استفاده شد.
اما همجوشی هنوز به واقعیتی عملی تبدیل نشده است. فقط در آزمایشگاه قابل حصول است. اگر این کشف به واقعیت عملی مبدل شود کمبود انرژی را برای هزاران سال رفع می‌کند.
دانشمندان همیشه تصور می‌کردند خورشید حرارت و نور خود را با سوزاندن مواد موجود از طریق انفجار تولید می‌کند. در قرن نوزدهم، عده کمی از دانشمندان (بخصوص لرد کلوین انگلیسی) معتقد بودند که خورشید حرارتش را از فروریزش درونی خود تحت تأثیر نیروی گرانشی تولید می‌کند– اما این روند فقط چند میلیون سال دوام دارد.
معادله معروف اینشتین (E=mc2) دانشمندان را متوجه کرد که مقدار اندکی از ماده می‌تواند به مقدار عظیمی از انرژی مبدل شود. در 1919 ستاره‌شناس امریکایی هنری راسل به شرح فیزیکی و ریاضی روندی که منجر به همچوشی اتمهای هیدروژن و تبدیل آنها به این نظریه با محاسبات فرانسیس آستون ستاره‌شناس در 1920 به اثبات رسید.
نظریه همجوشی وجود داشت، اما امکان داشت پدیده همجوشی را روی زمین عملاً به وجود آورد؟ در 1939 فیزیکدان آلمانی هانس بت – با ذکر جزئیات ریاضی – نظریهٔ انجام واکنش همجوشی بر روی زمین را ارایه کرد. اما مشکلی پیش رو بود: معادلهٔ بت می‌گفت که اتمهای هیدروژن می‌باید به درجه حرارتی بالای 100 میلیون درجهٔ سانتیگراد هستهٔ هیدروژن با یکدیگر برخورد کنند و به هستهٔ هلیوم مبدل شوند. هیچ ماده یا نیروی شناخته شده‌ای برای انجام چنین کار عظیمی در دست نبود.
دکتر لیمان اسپیتزر در 1948 آزمایشگاه فیزیک پلاسما را در دانشگاه پرینستون بنیان نهاد. او متوجه شد تنها راهی که می‌وشد واکنش همجوشی را انجام داد استفاده از میدان مغناطیسی پر انرژی است. او لوله‌ای با شکل خاص طراحی کرد که حاوی گاز هیدروژن با رشته‌های سیم برای ایجاد میدان مغناطیسی بود که اتمهای هیدروژن را، هنگامی که با لیزر حرارت آنها را به میلیونها درجه می‌رساند، به دام اندازد، اما مشکلی پیش آمد. هنگامی که هزاران حلقیه سیم را در طول لوله و بیرون آن تعبیه کرد، سیم‌ها بطور طبیعی درون لوله بیشتر متمرکز می‌شدند تا بیرون آن و باعث می‌شد میدان مغناطیسی قویتری در مرکز لوله ایجاد شود تا بیرون آن و اتمهای هیدروژن با سرعت نزدیک به نور از درون لوله می‌گریختند. مولد همجوشی عملاً کار نکرد.
اسپیتزر راه حل زیرکانه‌ای پیدا کرد. او لوله را به شکل عدد 8 در آورد. این شکل مانع فرار هیدروژن‌ها از داخل لوله می‌شد.
در 1951 اسپیتزر نخستین دستگاه همجوشی هیدروژن پلاسمایش را کامل کرد و نام آن را استلاراتور گذاشت – زیرا مثل آن بود که دستگاه ستاره درست می‌کند – و آن را کسری از ثانیه به کار انداخت. در حالی که هراس داشت مبادا پلاسمای هیدروژن در حرارت بالا مبدل به بمب هیدروژنی شود.
برای نیم ثانیه، تودهٔ گاز با نور غریب نواختر ها روشن شد و مانند خورشیدی با 70 میلیون درجه فارنهایت حرارت درخشید، قطر گاز حدود 6 سانتیمتر بود و ماننده توده‌ای از هیدروژن پلاسما نورانی بود. بعد رنگ آن به ارغوانی مبدل شد و دو ثانیه بعد سیاه شد.
لیمان اسپیتزر برای یک لحظه ستاره‌ای جدید آفریده بود. علاوه بر آن و مهمتر این که کشف کرده بود همجوشی هسته‌های اتم روی زمین امکانپذیر است.
همجوشی راه حل جایگزینی برای کمبود انرژی است. سوختی ارزان قیمت فراهم می‌کند، هیچ نوع ترکیب شیمیایی آلاینده مانند باران‌های اسیدی یا گازهای گلخانه‌ای تولید نمی‌کند و واکنش‌های زنجیره‌ای مانند واکنش سلاح‌های هسته‌ای ندارد و مقدار مواد زاید آن حداقل است.
