همین دیروز که داشتید قیمت لحظه‌ای طلا را در گوشی‌تان چک می‌کردید، احتمالا به ذهنتان هم خطور نمی‌کرد که عده‌ای مهندس با روپوش‌های سفید نشسته‌اند و دارند جیوه را به طلای خالص تبدیل می‌کنند. خبری کوتاه، عجیب و برای مایی که اقتصادمان به بند ناف طلا وصل است کمی نگران‌کننده. همان‌طور که در دیجیاتو خواندید استارتاپی به نام «ماراتون فیوژن» ادعا کرده که با رآکتورهای همجوشی هسته‌ای، توانسته با سرعتی ده برابر بیشتر از قبل، طلا تولید کند. آیا بالاخره طلسم چند هزار ساله کیمیاگران شکسته شده؟ و مهم‌تر از آن تکلیف کسانی که برای فرار از هیولای تورم به طلا پناه برده‌اند چه می‌شود؟
رویای هزارساله‌ی جابربن‌حیان چگونه به واقعیت نزدیک شد؟
اگر تاریخ را ورق بزنیم، کیمیاگران باستان از اسکندریه تا طوس و نیشابور، قرن‌ها مواد سمی را روی خاکستر زغال جوشاندند و ورد خواندند تا مس و قلع را به طلا تبدیل کنند. همه ناکام ماندند؛ نه به این دلیل که بی‌سواد بودند، چون علمِ آن روز هنوز نمی‌دانست فعل‌وانفعالات شیمیایی فقط چیدمان الکترون‌های بیرونی اتم‌ها را عوض می‌کند.
در شیمی هر چقدر هم به مس یا سرب حرارت بدهید، ماهیت هسته دست‌نخورده باقی می‌ماند. برای اینکه عنصری واقعاً به عنصر دیگری تبدیل شود، باید درست به وسط خال زد؛ یعنی دستکاری در چیدمان پروتون‌ها و نوترون‌های داخل هسته اتم.
قرن بیستم که از راه رسید، فیزیکدانان هسته‌ای کلید این صندوقچه را پیدا کردند. با کمک شتاب‌دهنده‌های ذرات و رآکتورهای شکافت هسته‌ای، تبدیل عناصر به یکدیگر در محیط آزمایشگاهی رنگ واقعیت به خود گرفت. اما یک مشکل کوچک وجود داشت: هزینه برقی که باید مصرف می‌کردند تا یک گرم سرب یا جیوه به طلا تبدیل شود، هزاران بار بیشتر از این بود که کلنگ بردارند و بروند طلا را از سینه کوه استخراج کنند. پس کیمیاگری از جادو به یک شاهکار آزمایشگاهی ولی عملاً بدون صرفه اقتصادی تغییر وضعیت داد؛ تا اینکه شرکتی در قلب کالیفرنیا تصمیم گرفت بازی را عوض کند.
شلیک نوترون به قلب جیوه؛ رآکتور چطور ماهیت فلز را جابه‌جا می‌کند؟
ماجرا از جایی دوباره داغ شد که ماراتون فیوژن در سان‌فرانسیسکو مدعی شد با همجوشی هسته‌ای توانسته فرایند تبدیل جیوه به طلا را با سرعتی ۱۰ برابر رکوردهای قبلی آزمایشگاه «سرن» جلو ببرد.
پیش از این فیزیکدانان سرن بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۸ با کوبیدن یون‌های سنگین سرب با سرعتی نزدیک به نور حدود ۲۹ پیکوگرم (یک‌تریلیونیم گرم) طلا تولید کنند؛ طلایی که فقط برای چند میکروثانیه دوام آورد و بلافاصله متلاشی شد. اما تیم ماراتون فیوژن مدعی است روش پایدارتر و متفاوتی در پیش گرفته است.
در شیمی معمولی، شما دو ماده را گرم می‌کنید یا به هم می‌چسبانید تا الکترون‌هایشان را با هم به اشتراک بگذارند. اما واکنش هسته‌ای مستقیم می‌رود سراغ خوشه پروتون‌ها و نوترون‌ها در مرکز اتم. آن‌ها برای این‌کار سراغ رآکتور همجوشی دوتریوم-تریتیوم (D-T) رفته‌اند که به شبیه‌سازی جهنم خورشید روی زمین شهرت دارد.
وقتی ایزوتوپ‌های هیدروژن سنگین در دمای بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد به هم قفل می‌شوند و هلیوم پدید می‌آورند، یک ذره سرکش آزاد می‌شود: نوترونی با انرژی جنبشی سرسام‌آور ۱۴.۱ مگاالکترون‌ولت. این نوترون‌ها مثل گلوله‌های داغ از پلاسمای سوزان به بیرون شلیک می‌شوند. ماراتون فیوژن متوجه شد که اگر در مسیر این گلوله‌ها یک مخزن از ایزوتوپ خاصی از جیوه قرار دهیم، شعبده بزرگ فیزیک رخ می‌دهد. فرایند این دگرگونی گام‌به‌گام و منظم است:
۱. سوخت اولیه: مخزن اطراف رآکتور با جیوه-۱۹۸ پر می‌شود که یکی از ایزوتوپ‌های پایدار جیوه است.
۲. شلیک گلوله پرانرژی: نوترون‌های پرسرعت ناشی از همجوشی وارد لایه محافظ رآکتور می‌شوند و با هسته جیوه-۱۹۸ تصادف می‌کنند.
۳. تخلیه هسته‌ای: نوترون ۱۴.۱ مگاالکترون‌ولتی چنان ضربه‌ای به هسته جیوه می‌زند که دو نوترون از آن بیرون می‌اندازد. در نتیجه، عدد جرمی افت می‌کند و جیوه-۱۹۷ متولد می‌شود.
۴. واپاشی رادیواکتیو: جیوه-۱۹۷ عنصری بی‌قرار و ناپایدار است که نیمه‌عمر آن حدود ۶۴ ساعت است. این هسته برای رسیدن به آرامش، دست به پدیده‌ای به نام «گیراندازی الکترون» می‌زند؛ یعنی یک پروتونِ داخل هسته، الکترونی از لایه‌های داخلی اتم را می‌بلعد و به نوترون تبدیل می‌شود.
۵. تولد طلا: در ادامه شمار پروتون‌های هسته از ۸۰ به ۷۹ کاهش پیدا می‌کند. در جدول تناوبی، عنصری که ۷۹ پروتون دارد دیگر جیوه نیست و و «طلا-۱۹۷» است: تنها ایزوتوپ پایدار و بی‌خطر طلا که در تمام شمش‌ها و زیورآلات دنیا وجود دارد.
| مرحله | ذره / ماده | وضعیت فیزیکی | خروجی فرآیند |
| همجوشی پلاسما | دوتریوم + تریتیوم | دمای بالای ۱۰۰ میلیون درجه | شلیک نوترون ۱۴.۱ مگاالکترون‌ولتی |
| بمباران نوترونی | جیوه-۱۹۸ | ایزوتوپ پایدار جیوه | پرتاب دو نوترون به بیرون |
| واپاشی پرتوزا | جیوه-۱۹۷ | ناپایدار (نیمه‌عمر ۶۴ ساعت) | گیراندازی الکترون در هسته |
| محصول نهایی | طلا-۱۹۷ | اتم طلای خالص و پایدار | نیازمند دوره‌ی خنک‌سازی پرتوزا |
جداسازی شیمیایی مقادیر بسیار اندک طلا از حجم عظیمی از جیوه رادیواکتیو و فعال‌شده یک فرایند بسیار پیچیده، پرهزینه و خطرناک است که به تأسیسات رباتیک با سپرهای سربی سنگین نیاز دارد.
همچنین ناخالصی‌های موجود در جیوه (مانند جیوه-۱۹۶، ۱۹۹، ۲۰۰ و غیره) و خود دیواره‌های فلزی رآکتور در اثر بمباران نوترونی طولانی‌مدت، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با نیمه‌عمر بلند (مانند کبالت-۶۰ یا محصولات فعال‌سازی ساختاری) تولید می‌کنند که مدیریت پسماند آن‌ها بسیار دشوار است.
چرا یک استارتاپ انرژی پاک باید برای طلا دندان تیز کند؟
شاید تصور کنید استارتاپی که برای تأمین برق پاک و نجات زمین از گازهای گلخانه‌ای تأسیس شده، خواسته با یک نمایش تبلیغاتی پرسروصدا، سرمایه‌گذاران جسور سیلیکون‌ولی را فریب دهد. اما اگر با الفبای اقتصاد رآکتورهای همجوشی آشنا باشید، می‌دانید که تولید طلا یک راه‌حل مهندسی زیرکانه برای حل بحران مالی است.
بزرگ‌ترین گلوگاه همجوشی تجاری، تأمین سوخت است. دوتریوم به وفور در آب دریا پیدا می‌شود؛ اما تریتیوم در سراسر کره زمین ماده‌ای به شدت کمیاب و گران است. قیمت هر گرم تریتیوم در بازارهای جهانی بالای ۳۰ هزار دلار است و کل ذخایر در دسترس آن کفاف راه‌اندازی رآکتورهای پایدار در مقیاس صنعتی را نمی‌دهد. هر رآکتور برای اینکه ورشکست نشود، باید روی پای خودش بایستد و حین کار، تریتیوم مورد نیازش را از طریق برهم‌کنش نوترون‌ها با دیواره‌های لیتیومی بازتولید کند.
مهندسان ماراتون فیوژن که در سال ۲۰۲۳ کارشان را متمرکز بر طراحی لایه‌های محافظ رآکتور آغاز کرده بودند، به این نتیجه رسیدند که دیواره می‌تواند همزمان سه مأموریت سنگین را به دوش بکشد:
- جذب حرارت پلاسما برای چرخاندن توربین‌های بخار و تولید برق شبکه.
- بازتولید تریتیوم برای ادامه حیات رآکتور با جذب نوترون‌ها.
- کیمیاگری تجاری با عبور دادن سیل نوترون‌های اضافی از میان ایزوتوپ‌های خاص و ساخت محصولات فرعی فوق‌العاده باارزش.
طلا، ویترین درخشان محصولات فرعی است، اما تنها محصول نیست. همین پروسه می‌تواند رادیوایزوتوپ‌های گران‌بهای پزشکی مانند اکتینیوم-۲۲۵ تولید کند؛ ماده‌ای حیاتی برای درمان نوین تومورهای سرطانی که مراکز درمانی به دلیل کمبود جهانی‌اش، برای چند قطره از آن مبالغ نجومی می‌پردازند.
طبق شبیه‌سازی این شرکت، یک رآکتور همجوشی در مقیاس نیروگاهی (یک گیگاوات حرارتی) می‌تواند سالانه نزدیک به دو تن طلا تولید کند. در صنعتی که ساخت هر نیروگاه میلیاردها دلار سرمایه اولیه می‌خواهد، فروش دو تن طلا و ایزوتوپ‌های دارویی هزینه‌های گزاف استهلاک و تحقیق‌وتوسعه را توجیه می‌کند.
طلا به این راحتی‌ها دستمان را نمی‌گیرد
با وجود این وعده‌های زیبا کارشناسان می‌گویند مسیر رسیدن از تست آزمایشگاهی تا تولید انبوه طلا، پر از دست‌اندازهای علمی و مهندسی است.
چالش‌های فعالیت در مقیاس بزرگ
این استارتاپ درحال‌حاضر روی یک دستگاه آزمایشی در سان‌فرانسیسکو کار می‌کند که توان آن تنها در حد ۱ کیلووات است. اعدادی که درباره استخراج چند تن طلا مطرح می‌شود، برای نیروگاه‌های مگاواتی یا گیگاواتی است؛ یعنی سیستمی با مقیاسی یک میلیون برابر بزرگ‌تر. رساندن توان واکنش به چنین حجمی و پایدار نگه داشتن دیواره‌های رآکتور زیر باران کشنده نوترون‌ها، چالشی است که دهه‌ها زمان می‌برد.
قرنطینه ۱۷ ساله رادیولوژیک
بمباران شدید نوترونی باعث می‌شود ناخالصی‌های موجود در جیوه به شدت رادیواکتیو شوند. خود شرکت اعلام کرده که طلای تولیدی در ابتدا به شدت داغ و پرتوزاست و طبق استانداردهای بین‌المللی، باید بین ۷ تا ۱۷ سال در انبارهای مخصوص بماند تا خنک شود. یعنی حتی اگر امروز رآکتور را روشن کنند، طلای آن نزدیک به یک دهه دیگر قابل دست زدن است. انبارداری رادیواکتیو هم به شدت هزینه‌بر است.
غیبت داوری علمی مستقل
نمودارهایی که شرکت منتشر کرده، خطوط طیف‌سنجی گاما را نشان می‌دهند که اثبات می‌کند اتم‌های طلا متولد شده‌اند؛ اما پیدا شدن چند اتم کجا و طلای صنعتی کجا؟ جامعه علمی تا زمانی که این آزمایش‌ها در لابراتوارهای مستقل تکرار نشوند، این خبر را صرفاً یک موفقیت آزمایشگاهی محدود می‌داند، نه ورود به عصر طلای مصنوعی.
بازار ایران، سپر تورمی و کابوس طلای مصنوعی
در اقتصاد بیمار ایران طلا مدت‌هاست که از کالای زینتی فراتر رفته و به‌عنوان سپر تورمی شناخته می‌شود. وقتی خبری از تولید آزمایشگاهی طلا منتشر می‌شود، طبیعی است که اولین پرسش سرمایه‌گذار خرد ایرانی این باشد: آیا ارزش و جایگاه جهانی طلا در معرض خطر است؟
پاسخ این سوال احتمالاً منفی است رآکتورهای همجوشی در مقیاس نیروگاهی تا اواخر دهه ۲۰۴۰ وارد مدار تولید سراسری نخواهند شد. بنابراین تا دست‌کم دو تا سه دهه آینده، حتی یک گرم از این طلا وارد چرخه بازار نخواهد شد.
از طرفی ذخایر طلای استخراج‌شده طلا در جهان بیش از ۲۲۲ هزار تن است و سالانه حدود ۳۶۰۰ تن طلای جدید از معادن زمین استخراج می‌شود. تولید احتمالی چند کیلوگرم یا حتی چند تن طلا در آینده بسیار دور، قطره‌ای در برابر این اقیانوس است و نمی‌تواند بر تعادل عرضه و تقاضای جهانی و قیمت هر اونس طلا کوچک‌ترین اثری بگذارد.
علاوه‌بر این رآکتور همجوشی، دستگاه چاپ اسکناس مجانی نیست. هزینه‌های سرسام‌آور ساخت، استهلاک، جداسازی ایزوتوپی جیوه با سانتریفیوژ و خواب سرمایه ۱۷ ساله در قرنطینه، یک کف قیمتی سنگین برای هر گرم طلای مصنوعی ایجاد می‌کند. بنابراین این طلا هرگز مفت تمام نخواهد شد.
آیا سرنوشت الماس‌های آزمایشگاهی تکرار می‌شود؟
برخی تحلیل‌گران پس از انتشار خبر تولید طلای مصنوعی به‌سرعت ماجرای افت قیمت الماس با ورود «الماس‌های سنتتیک» را یادآوری کردند. برای دهه‌ها کارتل‌های انحصاری استخراج الماس این باور را جا انداخته بودند که هر سنگ قیمتی نتیجه میلیون‌ها سال فشار طبیعی است.
اما با پیشرفت فناوری‌های CVD و HPHT، دانشمندان موفق شدند الماس‌هایی بسازند که از نظر شفافیت، فرمول و ظاهر، اتم‌به‌اتم با الماس طبیعی یکی بود، اما با کسری از قیمت تمام می‌شد. ورود این الماس‌ها بازار جهانی را شوکه کرد و انحصار تاریخی الماس‌های طبیعی را تا حد زیادی متزلزل ساخت.
آیا طلا هم چنین مسیری را طی خواهد کرد؟ بررسی‌های علمی می‌گوید پاسخ منفی است:
- تفاوت ساخت الماس و کیمیاگری اتمی: تولید الماس تنها تغییر چیدمان اتم‌های کربن و فشرده کردن آن‌ها در یک شبکه‌ی بلوری با استفاده از گرما و فشار است؛ اما اتم کربن دست‌نخورده باقی می‌ماند. در طلاسازی هسته‌ای، شما باید خود هسته اتم را در برخورد با نوترون متلاشی و دستکاری کنید. سطح انرژی مورد نیاز برای تبدیل هسته‌ای، میلیون‌ها برابر بالاتر از فشردن کریستال‌های کربن است.
- تعویض‌پذیری طلا: هر قطعه الماس شناسنامه‌ای متفاوت دارد؛ تراش، شفافیت، وزن و رگه‌های رنگی ارزش آن را تعیین می‌کنند و خریدار سنتی می‌تواند برای نوع معدنی ارزش متفاوتی قائل شود. اما طلا یک «عنصر شیمیایی» خالص است. اتم طلا-۱۹۷ که در رآکتور ساخته شود، با اتم طلایی که از معدن تفتان استخراج شده، از نظر فیزیکی و شیمیایی سرسوزنی تفاوت ندارد. طلا همگن است و نمی‌توان آن را به دو دسته اعتباری مجزا تفکیک کرد.
بنابراین حتی اگر دهه‌ها بعد طلای حاصل از همجوشی وارد بازار شود، به دلیل هزینه ساخت سرسام‌آور هرگز نمی‌تواند مانند الماس آزمایشگاهی ارزان‌قیمت شود و قیمت کل بازار را خرد کند.
حرف آخر؛ طلاهایتان را سفت بچسبید
کیمیاگری هسته‌ای ماراتون فیوژن فصل جذابی از نبوغ بشر است؛ یادآور اینکه علم چطور آرزوهای ناممکن پیشینیان را پس از قرن‌ها از غبار خیال پاک می‌کند و روی میز می‌گذارد. اما ساده‌انگاری است اگر فکر کنیم بزرگ‌ترین دستاورد انرژی همجوشی، پر کردن جیب صاحبانش با فلزات زرد و پر زرق‌وبرق است.
اهمیت این ماجرا در بازتعریف رآکتورهای همجوشی نهفته است؛ این سازه‌ها دیگر فقط دیگ‌های جوشان غول‌پیکری برای به گردش درآوردن توربین‌های بخار نیستند و در آینده می‌توانند به پالایشگاه‌های اتمی چندمنظوره‌ای تبدیل شوند که همزمان برق بی‌پایان، داروهای حیاتی درمان سرطان و فلزات موردنیاز صنایع فضایی و الکترونیکی را تأمین کنند. برای ما ایرانی‌ها که هر روز با اضطراب کاهش ارزش دارایی‌مان چشم باز می‌کنیم، خیال‌مان می‌تواند آسوده باشد: پایه‌های بازار طلا دست‌کم تا یکی دو نسل دیگر هنوز محکم سرجایش است.
