هل سنتحول أخيرًا إلى الطاقة النظيفة المتمثلة في الاندماج النووي؟

أعلنت وزارة الطاقة الأميركية عن إنجاز كبير بعد سنوات من البحث في مجال الاندماج النووي، وهو "الكأس المقدسة" لإنتاج الطاقة.

إن إمكانية الاندماج النووي كمصدر للطاقة النظيفة غير المحدودة تقريبًا هو مجال تمت دراسته منذ ثلاثينيات القرن العشرين على الأقل. لقد تم استثمار مليارات الدولارات في البحث عن "الكأس المقدسة" لمصدر الطاقة الخالي من الكربون ولكن دون جدوى حتى الآن.

يحقق الباحثون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا تقدمًا كبيرًا. أعلنت وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر جرانهولم أنه لأول مرة تمكن الباحثون من إنتاج صافي مكاسب الطاقة من مفاعل اندماجي تجريبي.

سيوفر الاندماج النووي طاقة موثوقة ونظيفة إلى الأبد تقريبًا

الاندماج النووي، وهو نفس شكل إنتاج الطاقة الذي يزود الشمس بالطاقة، سيوفر طاقة غير محدودة بشكل أساسي، دون أي عيوب. وينتج عن حرق الوقود الأحفوري غازات دفيئة، وتنتج مفاعلات الانشطار النووي نفايات مشعة، ولا يمكن للطاقة المتجددة أن تنتج طاقة مستمرة دون تخزينها.

على عكس الانشطار النووي حيث تنقسم الذرة وتنطلق في هذه العملية كميات هائلة من الطاقة، يؤدي الاندماج النووي إلى اندماج ذرتين معًا لتكوين ذرة أثقل. تطلق هذه العملية أيضًا كميات هائلة من الطاقة. ومع ذلك، لكي يحدث هذا، هناك حاجة إلى كميات هائلة من الطاقة لرفع درجة حرارة النواة الذرية إلى درجة حرارة 100 مليون درجة مئوية.

واستخدم الباحثون في مفاعل الاندماج التجريبي في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا نحو 200 ليزر تشغل مساحة بحجم ثلاثة ملاعب كرة قدم، حيث قذفوا كرة صغيرة من الهيدروجين الثقيل لبدء تفاعل الاندماج في المادة التي تتحول إلى بلازما.

ولكي تكون العملية مجدية تجاريًا، يجب أن تكون الطاقة الناتجة عن تفاعل الاندماج (والتي كانت مخبأة داخل الذرات) أكبر بنحو 100 مرة من الطاقة التي تم إنفاقها لإطلاقها. وتمكن الباحثون من إنتاج زيادة صافية في الطاقة بنسبة 120%، على الرغم من أن النتائج كانت أولية.

وقال جرانهولم في مؤتمر صحفي في واشنطن: "إن تقنية الاندماج الجديدة تسمح لنا بإعادة إنتاج ظروف معينة لأول مرة لا توجد إلا في النجوم مثل الشمس". "هذا الإنجاز يقربنا خطوة مهمة من إمكانية إنتاج طاقة اندماج نظيفة."

 وتستثمر إسرائيل في الأبحاث في مجال الاندماج النووي

وأشار البروفيسور آفي دومب، مدير منتدى كبار العلماء وكبير العلماء في وزارة الابتكار والعلوم والتكنولوجيا، إلى الاختراق الذي قدمه فريق مرفق الإشعال الوطني (NIF) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في ليفرمور، كاليفورنيا، وقال: "هذا إنجاز كبير، يحدد الاتجاه الذي سيشجع العلماء والحكومات، بما في ذلك الحكومة الإسرائيلية، على الاستثمار في البحث والتطوير الذي سيؤدي في المستقبل إلى إنتاج طاقة غير ملوثة وإنقاذ العالم". من أضرار الغازات الدفيئة.

"وزارة الابتكار والعلوم والتكنولوجيا توقع عشرات الاتفاقيات للتعاون العلمي والتكنولوجي مع الدول والمنظمات الدولية، وتمركز استخدام البنى التحتية الدولية، بما في ذلك المختبرات ذات الصلة بمجال الطاقات العالية. وبما أن الوسائل المطلوبة لأبحاث دمج الهيدروجين أكبر من قدرة الدولة على التمويل، فإن العلماء الإسرائيليين وكذلك أصدقائهم من بلدان مختلفة يستخدمون مرافق مشتركة لإجراء التجارب. إن الوصول إلى البنى التحتية البحثية سيسمح للباحثين الإسرائيليين بالقيام بدور مهم في الأبحاث في هذا المجال، وليس هناك شك في أنهم سيساهمون في الجهد العالمي لحل أزمة الطاقة. ومن المتوقع أيضًا أن ينعكس هذا الاكتشاف في أولويات المنح البحثية التي تقدمها وزارة الابتكار والعلوم والتكنولوجيا للأبحاث التطبيقية الرائدة.

وأضاف البروفيسور دومب: "إن عملية إنتاج الطاقة من اندماج ذرات الهيدروجين ربما تكون الأنظف والأكثر كفاءة، ولكن حتى الآن الطاقة المطلوبة لبدء عملية الاندماج أكبر من الطاقة المنتجة". وتتطلب العملية إنتاج حرارة بملايين الدرجات، وهو ما يشكل تحديا كبيرا. وفي أوروبا، يجري بناء منشأة تجريبية لدمج الهيدروجين بتكلفة تبلغ عشرات المليارات من اليورو، الأمر الذي سيسمح بإجراء التجارب العلمية في غضون بضع سنوات فقط. لقد أثبت المختبر في الولايات المتحدة أنه من الممكن عمليا إنتاج الطاقة من اندماج الهيدروجين، لكن الطريق إلى التنفيذ لا يزال بعيدا.

تقدم 50 مرة في خمس سنوات

وقال الدكتور جدعون فريدمان، كبير العلماء في وزارة الطاقة، إن هذا يعد معلما هاما حيث تم لأول مرة إنتاج طاقة نتيجة للاندماج النووي أكبر من طاقة الليزر المستثمرة في إنشائه. وعلى وجه الخصوص، تجدر الإشارة إلى التقدم السريع في السنوات الأخيرة، والذي تضاعف في السنوات الخمس الماضية ما يقرب من 5 مرة الطاقة المنتجة من الاندماج. ومع ذلك، من المهم أن نفهم أن المسافة إلى الاستخدام التجاري لهذه التكنولوجيا لا تزال كبيرة جدًا، وليس من الممكن بناءً على هذه النتائج معرفة ما إذا كانت التكنولوجيا ستنضج للاستخدام التجاري في المستقبل المنظور. على سبيل المثال، على الرغم من أنه تم إنتاج طاقة أكثر من الليزر الذي تم إدخاله، فإن الطاقة المستثمرة في التجربة أكبر مما تم إنتاجه، لأن الضوء الناتج عن الليزر يحتوي فقط على جزء صغير من الطاقة اللازمة لتشغيل الليزر، لذلك في الحساب الإجمالي، يكون إجمالي الطاقة المنتجة في التجربة أقل من الطاقة المستثمرة فيها. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إجمالي الطاقة المنتجة في التجربة صغيرة - تعادل تشغيل غلاية كهربائية لمدة 50 دقيقة - ولا يمكن إنتاج الطاقة بشكل مستمر.

وفي ضوء أهمية الموضوع، بادرت وحدة العلماء الرئيسيين في وزارة الطاقة إلى إنشاء تحالف بحثي في ​​هذا المجال منذ حوالي عامين، باستثمار يزيد عن 2 مليون شيكل، وهذا العام تم إنشاء مجمع بحثي في ​​هذا المجال. معهد أبحاث افتراضي جديد في إسرائيل. وسيعمل المعهد بميزانية تبلغ حوالي 40 مليون شيكل لمدة 5 سنوات، تستثمر الوزارة منها 30 مليون شيكل. وسيقوم المعهد بتعزيز البحث العلمي، حتى تتمكن إسرائيل من المساهمة في تقدم تكنولوجيا الاندماج النووي في العالم. والقصد من ذلك هو التركيز على الاندماج الذي لا يتطلب استثمارات ومعدات كما هو الحال في NIF أو ITER وهو مشروع أوروبي ضخم بتكنولوجيا مختلفة عن تلك المستخدمة في NIF المذكورة أعلاه.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• تحسين جوانب مفاعلات الاندماج النووي – التقدم نحو حلول الطاقة الجديدة
• لقد اتخذ العلماء في الولايات المتحدة خطوة مهمة نحو الاندماج النووي الخاضع للرقابة
• أفكار من شأنها أن تغير العالم: الاندماج السهل