تويت
يقول العلماء أنهم خطوا خطوةً مقتربين من جعل حلم الاندماج النووي أكثر قابلية للتطبيق، وذلك بتحديد موقع الطاقة في العملية المعروفة باسم “الإشعال السريع”.
في الإشعال السريع، تُضرب خلية وقود كروية بمئات أجهزة الليزر، مما يؤدي لضغط الوقود وهو بالعادة خليط من الديوتيريوم و التريتيوم. بعدها يقوم ليزر ذو كثافة عالية بعملية تسخين سريع للوقود المضغوط للتّو. هذه الشرارة يمكن أن تؤمن اشتعالاً يسمح ببدء عملية الاندماج النووي وذلك بإحداث بلازما مسخّنة بشكل كبير جداً تُنتِج كمية ضخمة من الطاقة النظيفة القابلة للاستخدام (نفس العملية التي تغذي الشمس).
المشكلة الوحيدة هي أنه من أجل إحداث الشرارة يجب على الليزر العالي الكثافة أن يوصل طاقته إلى المنطقة الأكثر كثافة في الوقود، أحيانا من الصعب أن يحصل ذلك بسبب عدم معرفة مكان هذه المنطقة. على هذا عمل العلماء من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو UC San Diego وشركة General Atomics. باستخدام مقتفي أثر من النحاس وجدوا أنه من الممكن معرفة مكان التراكم الأكبر من الطاقة وبالتالي معرفة المكان الأكثر كثافة باستخدام نظام تصوير أشعة إكس. نشر بحثهم في مجلة Nature Physics.
يقول Christopher McGuffey مؤلف مشارك من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو UC San Diego في بيان: “قبل أن نطور هذه التقنية، كان الأمر كما لو كنا ننظر في الظلام، الآن يمكننا أن نفهم بشكل أفضل أين تُودع الطاقة حتى نتمكن من تحقيق تصاميم تجريبية جديدة لتحسين إيصال الطاقة إلى الوقود”
في تجاربهم، تمكن الباحثون باستخدام الليزر عالي الكثافة من تحقيق كفاءة لنقل الطاقة بمستوى قياسي مرتفع يبلغ 7% ، والذي هو أفضل بأربع مرات بالمقارنة مع تسجيلات الإشعال السريع السابقة، وباستخدام محاكاة حاسوبية، توقع العلماء أيضاً أن طريقتهم يمكن أن تنتج كفاءة قد تصل إلى 15%.
هل هذا يعني أنه بإمكاننا بوقت قريب إلى حد ما تركيب مفاعلات اندماج نووي في بيوتنا؟ ليس فعلا. كما ذكرنا فإن الإشعال السريع (كما يوضح اسمه) هو فقط عملية إشعال تجعل عملية الاندماج النووي تحدث. في الواقع إنّ احتواء أو استخدام أي بلازما عالية الحرارة ناتجة يبقى صعباً.
لكن يجري إحراز تقدم، ففي نهاية العام الماضي، أطلق العلماء الألمان بنجاح مفاعل الاندماج النووي التجريبي ” Wendelstein 7-X (W7X)، الذي استغرق 19 سنة ليُبنى. وهو ما يسمى بجهاز stellarator الذي يمكن أن ينتج البلازما لمدة تساوي عشر ثانية فقط – مدة قليلة ولكنها تعتبر بداية.
وفي فرنسا حيث المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي ITER من المتوقع أن ينتج أول بلازما له في العقد القادم. كلا المشروعين W7X و ITER سيستفيدان من عملية الإشعال السريع الكفوءة هذه لإشعال البلازما الخاصة بهم.
يضيف المؤلف المشارك Farhat Beg من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أيضا “نأمل أن يفتح هذا العمل الباب أمام محاولات مستقبلية لتطوير الإشعال السريع”
في الإشعال السريع، تُضرب خلية وقود كروية بمئات أجهزة الليزر، مما يؤدي لضغط الوقود وهو بالعادة خليط من الديوتيريوم و التريتيوم. بعدها يقوم ليزر ذو كثافة عالية بعملية تسخين سريع للوقود المضغوط للتّو. هذه الشرارة يمكن أن تؤمن اشتعالاً يسمح ببدء عملية الاندماج النووي وذلك بإحداث بلازما مسخّنة بشكل كبير جداً تُنتِج كمية ضخمة من الطاقة النظيفة القابلة للاستخدام (نفس العملية التي تغذي الشمس).
المشكلة الوحيدة هي أنه من أجل إحداث الشرارة يجب على الليزر العالي الكثافة أن يوصل طاقته إلى المنطقة الأكثر كثافة في الوقود، أحيانا من الصعب أن يحصل ذلك بسبب عدم معرفة مكان هذه المنطقة. على هذا عمل العلماء من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو UC San Diego وشركة General Atomics. باستخدام مقتفي أثر من النحاس وجدوا أنه من الممكن معرفة مكان التراكم الأكبر من الطاقة وبالتالي معرفة المكان الأكثر كثافة باستخدام نظام تصوير أشعة إكس. نشر بحثهم في مجلة Nature Physics.
يقول Christopher McGuffey مؤلف مشارك من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو UC San Diego في بيان: “قبل أن نطور هذه التقنية، كان الأمر كما لو كنا ننظر في الظلام، الآن يمكننا أن نفهم بشكل أفضل أين تُودع الطاقة حتى نتمكن من تحقيق تصاميم تجريبية جديدة لتحسين إيصال الطاقة إلى الوقود”
في تجاربهم، تمكن الباحثون باستخدام الليزر عالي الكثافة من تحقيق كفاءة لنقل الطاقة بمستوى قياسي مرتفع يبلغ 7% ، والذي هو أفضل بأربع مرات بالمقارنة مع تسجيلات الإشعال السريع السابقة، وباستخدام محاكاة حاسوبية، توقع العلماء أيضاً أن طريقتهم يمكن أن تنتج كفاءة قد تصل إلى 15%.
هل هذا يعني أنه بإمكاننا بوقت قريب إلى حد ما تركيب مفاعلات اندماج نووي في بيوتنا؟ ليس فعلا. كما ذكرنا فإن الإشعال السريع (كما يوضح اسمه) هو فقط عملية إشعال تجعل عملية الاندماج النووي تحدث. في الواقع إنّ احتواء أو استخدام أي بلازما عالية الحرارة ناتجة يبقى صعباً.
لكن يجري إحراز تقدم، ففي نهاية العام الماضي، أطلق العلماء الألمان بنجاح مفاعل الاندماج النووي التجريبي ” Wendelstein 7-X (W7X)، الذي استغرق 19 سنة ليُبنى. وهو ما يسمى بجهاز stellarator الذي يمكن أن ينتج البلازما لمدة تساوي عشر ثانية فقط – مدة قليلة ولكنها تعتبر بداية.
وفي فرنسا حيث المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي ITER من المتوقع أن ينتج أول بلازما له في العقد القادم. كلا المشروعين W7X و ITER سيستفيدان من عملية الإشعال السريع الكفوءة هذه لإشعال البلازما الخاصة بهم.
يضيف المؤلف المشارك Farhat Beg من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أيضا “نأمل أن يفتح هذا العمل الباب أمام محاولات مستقبلية لتطوير الإشعال السريع”