Watafiti wameweka hadharani teknolojia mbili muhimu zinazoweza kuwa mafanikio makubwa katika uwanja wa nishati safi ya muunganiko wa nyuklia. Mafanikio haya yanatoa suluhisho kwa changamoto mbili kuu zinazokabili nishati ya muunganiko: kuongeza kasi ya mmenyuko na kupata ugavi wa kutosha wa tritium, moja ya malighafi muhimu.
Kifaa Kidogo Chaongeza Kasi ya Mmenyuko kwa 15%
Timu ya watafiti kutoka Chuo Kikuu cha British Columbia nchini Kanada, wakiongozwa na Profesa Curtis Berlinguette, imefanikiwa kuongeza kiwango cha mmenyuko wa muunganiko wa nyuklia kwa wastani wa asilimia 15. Hii imefanywa kwa kutumia njia ya umeme-kemikali na kifaa kidogo, teknolojia ambayo haitegemei njia za kawaida za utengenezaji wa plasma zenye joto kali. Kazi hii ni ya kihistoria kwa sababu inaonyesha kwa mara ya kwanza kwamba kiwango cha mmenyuko wa muunganiko kinaweza kubadilishwa kwa njia za kemikali. Matokeo haya ya utafiti yamechapishwa katika jarida la kimataifa la kisayansi, Nature.
Nishati ya muunganiko wa nyuklia inafanya kazi kwa kanuni sawa na ile ya Jua, ambapo atomi mbili nyepesi huungana kuunda atomi nzito na kutoa kiasi kikubwa cha nishati. Hata hivyo, jaribio la kuzalisha nishati hiyo duniani limekuwa likikabiliwa na changamoto kubwa, hasa kwa sababu ya ugumu wa kudumisha hali zinazohitajika kwa mmenyuko. Sababu kuu ya ugumu huu ni "msongamano wa malighafi," unaohitaji atomi kugongana mara kwa mara ili mmenyuko utokee. Hadi sasa, wanasayansi wamekuwa wakitumia mbinu ya plasma yenye joto kali na uga wa sumaku, inayohitaji vifaa vikubwa na kiasi kikubwa cha nishati.
Timu ya Profesa Berlinguette ilitumia kifaa chao kidogo cha kuharakisha chembe chembe, kiitwacho 'Thunderbird Reactor'. Walielekeza boriti ya ioni za deuterium kwenye chuma cha palladium, na kisha kutumia njia ya umeme-kemikali. Walichoviza chuma cha palladium kwenye maji ya electrolyte na kupitisha umeme, kulazimisha ioni za deuterium kuingia ndani ya chuma. Hii iliongeza msongamano wa deuterium ndani ya palladium, na hivyo kuongeza uwezekano wa kugongana, na kusababisha mmenyuko wa muunganiko kuongezeka kwa asilimia 15.
Japokuwa 'Thunderbird Reactor' bado haitoi nishati ya kutosha kwa matumizi ya kibiashara—inatoa sehemu ndogo sana ya nishati inayohitajika—utafiti huu unafungua njia mpya ya kuongeza ufanisi wa mmenyuko wa muunganiko, bila kutegemea mbinu za jadi za plasma.
Kutumia Taka za Nyuklia Kuzalisha Tritium
Changamoto nyingine kubwa katika biashara ya nishati ya muunganiko ni upatikanaji wa malighafi. Mmenyuko wa muunganiko wa nyuklia unahitaji tritium na deuterium. Wakati deuterium inapatikana kwa wingi katika maji ya bahari, tritium ni adimu sana, na kwa sasa, Kanada ndiyo nchi pekee inayoweza kuizalisha kwa kiasi kikubwa kwa ajili ya biashara. Hii inafanya ugavi wa uhakika wa tritium kuwa suala muhimu sana.
Mtafiti Terence Tarnowsky na timu yake kutoka Maabara ya Kitaifa ya Los Alamos (LANL) nchini Marekani wametangaza teknolojia mpya inayotumia taka za nyuklia kuzalisha tritium. Walieleza teknolojia hii kwenye mkutano wa Jumuiya ya Kemia ya Marekani (ACS) uliofanyika hivi karibuni.
Kama inavyojulikana, mitambo ya nyuklia hupata nishati kwa kugawanya atomi za plutonium au uranium, na katika mchakato huo, hutoa chembechembe nyingi za neutroni. Watafiti wa LANL wamebuni mtambo mpya unaotumia neutroni hizi kuzalisha tritium. Katika muundo wao, taka za nyuklia zimefungwa katika "chumvi ya lithiamu iliyoyeyuka," na kisha chembechembe za neutroni hutumwa ndani ya mchanganyiko huo, na kusababisha uzalishaji wa tritium. Mbinu hii, ingawa ilishawahi kujaribiwa, sasa inatumia mbinu za kisasa za kompyuta ili kuongeza ufanisi wake.
Kwa mujibu wa utafiti huo, mfumo huu unaweza kuzalisha takriban kilogramu 2 za tritium kwa mwaka, kiwango ambacho ni sawa na uzalishaji wa Kanada wa mwaka mzima. Kadhalika, kulingana na hesabu za kinadharia, kiwango cha uzalishaji wa tritium kinafika 20, ambacho ni kikubwa kuliko kiwango cha chini kinachohitajika kwa ajili ya biashara (zaidi ya 1). Ingawa bado ipo katika hatua ya kinadharia, teknolojia hii inatoa suluhisho la wakati mmoja kwa matatizo mawili makubwa: uhaba wa tritium na utupaji wa taka za nyuklia.