يصل الاندماج النووي إلى مرحلة بارزة بفضل تحسين جدران المفاعلات - وهذا التطور الهندسي يؤدي إلى مفاعلات المستقبل، كما يقول الباحثون بعد نجاح تجربة في المملكة المتحدة
من: ديفيد دونوفان، أستاذ مشارك في الهندسة النووية، جامعة تينيسي وليفيا كازالي، أستاذ مساعد في الهندسة النووية، زميل كلية زينكل للفيزياء، جامعة تينيسي
حطم العلماء في أحد المختبرات في إنجلترا الرقم القياسي لكمية الطاقة المنتجة في تفاعل اندماجي متحكم ومستدام ذاتيًا. أطلق على إنتاج الطاقة البالغ 59 ميجا جول لمدة خمس ثوانٍ في تجربة JET في إنجلترا اسم "الاختراق" من قبل وسائل الإعلام وتسبب في إثارة كبيرة بين الفيزيائيين. ولكن من الشائع القول حول توليد الكهرباء بالاندماج النووي أنه "يستغرق دائمًا 20 عامًا في المستقبل".
نحن فيزيائيون نوويون ومهندسون نوويون نبحث في كيفية تطوير الاندماج النووي المتحكم فيه لتوليد الكهرباء.
تُظهر نتائج JET تقدمًا ملحوظًا في فهم فيزياء الاندماج. كما أنها تظهر، وبنفس القدر من الأهمية، أن المواد الجديدة المستخدمة لبناء الجدران الداخلية للمفاعل تعمل على النحو المنشود. إن حقيقة أن هيكل الجدار الجانبي الجديد قد عمل بنجاح هو ما يميز هذه النتائج عن المعالم السابقة ويدفع الاندماج المغناطيسي خطوة أخرى من الحلم إلى الواقع.
الاندماج النووي هو اندماج نواتين ذريتين في نواة واحدة معقدة من البريليوم. ثم تتحلل هذه النواة وتطلق الطاقة على شكل ذرات وجسيمات جديدة سريعة الحركة. ستقوم محطة توليد الطاقة الاندماجية بالتقاط الجزيئات المتحركة واستخدام طاقتها لتوليد الكهرباء.
هناك عدة طرق مختلفة للتحكم بأمان في الاندماج على الأرض. يركز بحثنا على النهج المتبع في JET - استخدام مجالات مغناطيسية قوية لحصر الذرات حتى تسخن إلى درجة حرارة عالية بما يكفي للتغلب على التنافر الكهرومغناطيسي والانصهار.
الوقود المستخدم في المفاعلات الحالية والمستقبلية هو نظيران مختلفان للهيدروجين - مما يعني أنهما يحتويان على بروتون واحد ولكن عدد مختلف من النيوترونات - يسمى الديوتيريوم والتريتيوم. تحتوي نواة الهيدروجين العادية على بروتون واحد ولا تحتوي على نيوترونات. يحتوي الديوتيريوم على بروتون واحد ونيوترون واحد، بينما يحتوي التريتيوم على بروتون واحد ونيوترونين.
لكي يكون تفاعل الاندماج ناجحًا، يجب أولاً تسخين ذرات الوقود بدرجة كافية لتحرر الإلكترونات من النواة. وهذا يخلق البلازما، وهي مجموعة من الإلكترونات والأيونات الموجبة. وبعد ذلك عليك الاستمرار في تسخين هذه البلازما حتى تصل درجة حرارتها إلى أكثر من مائة مليون درجة مئوية. لذلك عليك الاحتفاظ بهذه البلازما في مكان ضيق وبكثافة عالية لفترة كافية حتى تتصادم ذرات الوقود وتندمج معًا.
وللتحكم في الاندماج النووي على الأرض، طور الباحثون جهازًا على شكل كعكة مملحة يُسمى توكوماك، يستخدم المجالات المغناطيسية لاحتواء البلازما. تعمل خطوط المجال المغناطيسي التي تلتف حول الجزء الداخلي من البسكويت مثل مسارات السكك الحديدية التي تتحرك عبرها الأيونات والإلكترونات. عن طريق حقن الطاقة في البلازما وتسخينها، يمكن تسريع جزيئات الوقود إلى سرعات عالية لدرجة أنه عندما تتصادم، بدلاً من التشتت مثل كرات البلياردو، تندمج نواة الهيدروجين. وعندما يحدث هذا، فإنها تطلق طاقة، معظمها على شكل نيوترونات سريعة الحركة.
أثناء عملية الاندماج، تنجرف جزيئات الوقود تدريجيًا خارج النواة الساخنة والكثيفة وتصطدم في النهاية بالجدار الداخلي لوعاء الاندماج. ولمنع اندماج الجدران بسبب هذه الاصطدامات - التي تلوث الوقود الاندماجي أيضًا - تم بناء المفاعلات بطريقة تقوم بتوجيه الجسيمات الشاردة إلى غرفة مدرعة للغاية تسمى المنحرف. فهو يسحب الجزيئات المنحرفة ويزيل أي حرارة زائدة لحماية التوكوماك.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
ألن يتسبب الاندماج النووي بكميات كبيرة في تسخين الأرض؟
ويبدو أن الطاقة الشمسية هي الحل الأفضل بكثير.
وحتى لو تم حل مشاكل الاندماج النووي، فلا تزال هناك مشكلة الحرارة التي ستنبعث والتي قد تسبب ارتفاع حرارة الأرض. ويبدو أن الطاقة الشمسية هي الحل الأفضل بكثير.
الشيء الرئيسي في العنوان هو الحديث عن الابتكار في جوانب المفاعل، ولكن في متن المقال لم تكن هناك كلمة عنه، لقد أعادوا فقط بعض الشرح العام حول فيزياء الاندماج النووي.