پژوهشگران برای نخستین بار با استفاده از رایانههای کوانتومی موفق شدند ۹ آرایش مولکولی مهم برای تولید «تریتیوم»، سوخت کلیدی راکتورهای همجوشی هستهای، شناسایی کنند؛ دستاوردی که میتواند یکی از بزرگترین چالشهای توسعه انرژی همجوشی را برطرف کند.
به گزارش سیناپرس، بیشتر طرحهای نیروگاههای همجوشی هستهای بر پایه واکنش میان دو ایزوتوپ هیدروژن، یعنی دوتریوم و تریتیوم، طراحی شدهاند. این واکنش ضمن تولید هسته هلیوم و یک نوترون، مقدار قابل توجهی انرژی آزاد میکند و یکی از کارآمدترین واکنشهای همجوشی شناختهشده به شمار میرود.
با این حال، تریتیوم بهطور طبیعی روی زمین بسیار کمیاب است و تنها در مقادیر ناچیز بر اثر برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین تولید میشود. از همین رو، تولید مصنوعی این ایزوتوپ یکی از مهمترین موانع تجاریسازی فناوری همجوشی هستهای محسوب میشود.
در همین راستا، پژوهشگرانی از کلینیک کلیولند، آزمایشگاه ملی اوکریج، مرکز پژوهشی آیبیام و دانشگاه ایالتی میشیگان، از روشی موسوم به «ابررایانش کوانتوممحور» برای شبیهسازی ساختارهای مولکولی مادهای به نام FLiBe استفاده کردند.
FLiBe نوعی نمک مذاب متشکل از فلورید لیتیوم و فلورید بریلیم است که بهعنوان یکی از گزینههای اصلی برای «پوشش تولید تریتیوم» در راکتورهای همجوشی شناخته میشود. در این سامانه، نوترونهای حاصل از واکنش همجوشی با این ماده برخورد کرده و زمینه تولید تریتیوم را فراهم میکنند.
رایانههای کوانتومی در این پژوهش، ۹ آرایش مولکولی مختلف از FLiBe را شناسایی کردند و اطلاعات دقیقی درباره ساختار الکترونی، رفتار اتمها و استحکام پیوندهای شیمیایی هر یک از این آرایشها در اختیار پژوهشگران قرار دادند.
به گفته محققان، این نتایج هنوز به معنای تولید موفق تریتیوم نیست و یافتهها در مرحله شبیهسازی رایانهای قرار دارند. بنابراین، همه ساختارهای پیشنهادی باید در آزمایشگاه مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرند.
با این حال، این روش میتواند روند توسعه فناوری همجوشی را سرعت ببخشد؛ زیرا پژوهشگران پیش از انجام آزمایشهای پرهزینه و پیچیده، قادر خواهند بود امیدوارکنندهترین ساختارها را با کمک رایانههای کوانتومی شناسایی کنند.
دانشمندان معتقدند این دستاورد، شواهد تازهای از توانایی رایانههای کوانتومی در حل مسائل پیچیده مهندسی و علم مواد ارائه میدهد و میتواند مسیر توسعه یکی از پاکترین منابع انرژی آینده را هموارتر کند.
نتایج این پژوهش بهصورت پیشچاپ در پایگاه arXiv منتشر شده است.
مترجم:نداجوادهراتی