ما هو الانصهار ، ولماذا يصعب تحقيقه؟ – ترجمة أحمد محمد آل مبارك

?What is Fusion, and Why Is It So Difficult to Achieve
(بقلم: إيرينا تشاتزيس ، ماتيو باربارينو – Irena Chatzis, Matteo Barbarino)

قبل خمسمائة عام ، كانت حضارة الأزتك في المكسيك تؤمن بأن الشمس وكل قوتها تتغذى بالدم من التضحية البشرية. اليوم ، نعلم أن الشمس ، إلى جانب جميع النجوم الأخرى ، يتم تشغيلها بواسطة تفاعل يسمى الاندماج النووي. إذا كان من الممكن تكرار الاندماج النووي على الأرض ، فيمكن أن يوفر فعليًا طاقة نظيفة وآمنة وبأسعار معقولة غير محدودة لتلبية الطلب العالمي على الطاقة.

في الفترة من 10 إلى 15 مايو ، يجتمع قادة مشروع الاندماج وعلماء فيزياء البلازما وخبراء في مختلف المجالات متعددة التخصصات لعلوم وتكنولوجيا الاندماج في “المؤتمر الثامن والعشرين للطاقة الاندماجية للوكالة الدولية للطاقة الذرية” (FEC 2020). استكشاف قضايا الفيزياء والتكنولوجيا الرئيسية بالإضافة إلى المفاهيم المبتكرة ذات الصلة المباشرة باستخدام الاندماج النووي كمصدر مستقبلي للطاقة ، يعتبر (FEC 2020) افتراضيًا تمامًا ومفتوحًا لأي شخص للحضور.

إذن كيف يعمل الاندماج النووي بالضبط؟ ببساطة ، الاندماج النووي هو العملية التي من خلالها تتحد نواتان ذريتان خفيفتان لتكوين نواة واحدة أثقل مع إطلاق كميات هائلة من الطاقة. تحدث تفاعلات الاندماج في حالة مادة تسمى البلازما – غاز ساخن مشحون مصنوع من أيونات موجبة وإلكترونات حرة الحركة لها خصائص فريدة تختلف عن المواد الصلبة والسوائل والغازات.

للاندماج في شمسنا ، يجب أن تتصادم النوى مع بعضها البعض في درجات حرارة عالية جدًا ، تتجاوز عشرة ملايين درجة مئوية ، لتمكينها من التغلب على التنافر الكهربائي المتبادل. بمجرد أن تتغلب النوى على هذا التنافر وتصبح ضمن نطاق قريب جدًا من بعضها البعض ، فإن القوة النووية الجذابة بينهما سوف تفوق التنافر الكهربائي وتسمح لها بالاندماج. ولكي يحدث هذا ، يجب حصر النوى في مساحة صغيرة لزيادة فرص الاصطدام. الضغط الشديد الناتج عن جاذبية الشمس الهائلة يخلق ظروفًا لحدوث الاندماج.

كمية الطاقة الناتجة من الاندماج كبيرة جدًا – أربعة أضعاف تفاعلات الانشطار النووي – ويمكن أن تكون تفاعلات الاندماج أساس مفاعلات طاقة الاندماج المستقبلية. تدعو الخطط إلى مفاعلات الاندماج من الجيل الأول لاستخدام خليط من الديوتيريوم والتريتيوم – أنواع ثقيلة من الهيدروجين. نظريًا ، مع بضعة جرامات فقط من هذه المواد المتفاعلة ، من الممكن إنتاج تراجول من الطاقة ، وهو تقريبًا الطاقة التي يحتاجها شخص واحد في دولة متقدمة على مدى ستين عامًا.

الوصول للنجوم
في حين أن قوة الجاذبية الهائلة للشمس تحفز الاندماج بشكل طبيعي ، فبدون هذه القوة تكون هناك حاجة إلى درجة حرارة أعلى لحدوث التفاعل. على الأرض ، نحتاج إلى درجات حرارة تتجاوز 100 مليون درجة مئوية وضغطًا شديدًا لعمل فتيل الديوتيريوم والتريتيوم ، وحبسًا كافيًا لعقد البلازما والحفاظ على تفاعل الاندماج لفترة كافية لكسب صافي الطاقة ، أي نسبة قوة الانصهار المنتجة إلى الطاقة المستخدمة لتسخين البلازما.

في حين أن الظروف التي تكون قريبة جدًا من تلك المطلوبة في مفاعل الاندماج يتم تحقيقها الآن بشكل روتيني في التجارب ، إلا أن هناك حاجة إلى تحسين خصائص الحبس واستقرار البلازما. يواصل العلماء والمهندسون من جميع أنحاء العالم اختبار مواد جديدة وتصميم تقنيات جديدة لتحقيق طاقة الاندماج.

يتم إجراء أبحاث فيزياء الاندماج النووي والبلازما في أكثر من 50 دولة ، وقد تم تحقيق تفاعلات الاندماج بنجاح في العديد من التجارب ، وإن كان ذلك دون إظهار اكتساب صافٍ لطاقة الاندماج. كم من الوقت سيستغرق إعادة إنشاء عملية النجوم سيعتمد على تعبئة الموارد من خلال الشراكات والتعاون العالميين.

تاريخ من التعاون
منذ أن تم فهم الاندماج النووي في ثلاثينيات القرن الماضي ، كان العلماء في سعي لإعادة إنشائه وتسخيره. في البداية ، ظلت هذه المحاولات طي الكتمان. ومع ذلك ، سرعان ما أصبح واضحًا أن هذا البحث المعقد والمكلف لا يمكن تحقيقه إلا من خلال التعاون. في المؤتمر الدولي الثاني للأمم المتحدة حول الاستخدامات السلمية للطاقة الذرية ، الذي عقد في عام 1958 في جنيف ، سويسرا ، كشف العلماء عن أبحاث الاندماج النووي للعالم.

كانت الوكالة الدولية للطاقة الذرية في صميم أبحاث الاندماج الدولية. أطلقت الوكالة الدولية للطاقة الذرية مجلة الاندماج النووي في عام 1960 لتبادل المعلومات حول التطورات في مجال الاندماج النووي ، وتعتبر الآن الدورية الرائدة في هذا المجال. عُقد المؤتمر الدولي الأول للطاقة الاندماجية للوكالة الدولية للطاقة الذرية في عام 1961 ، ومنذ عام 1974 ، تعقد الوكالة مؤتمرًا كل عامين لتعزيز النقاش حول التطورات والإنجازات في هذا المجال.

بعد عقدين من المفاوضات حول تصميم وموقع أكبر منشأة اندماج دولية في العالم ، تم تأسيس (ITER) في عام 2007 في فرنسا ، بهدف إظهار الجدوى العلمية والتكنولوجية لإنتاج طاقة الاندماج. تودع اتفاقية (ITER) لدى المدير العام للوكالة الدولية للطاقة الذرية. بعد (ITER) ، يتم التخطيط لمحطات الاندماج التجريبية أو (DEMOs) لإظهار أن الاندماج النووي المتحكم فيه يمكن أن يولد طاقة كهربائية صافية. تستضيف الوكالة الدولية للطاقة الذرية ورش عمل حول العروض التجريبية لتسهيل التعاون في تحديد وتنسيق أنشطة البرامج التجريبية المنتظمة في جميع أنحاء العالم.

من المتوقع أن يلبي الاندماج احتياجات الطاقة البشرية لملايين السنين. وقود الاندماج متوفر بكثرة ويمكن الوصول إليه بسهولة: يمكن استخراج الديوتيريوم من مياه البحر بتكلفة زهيدة ، ويمكن إنتاج التريتيوم من الليثيوم الوفير بشكل طبيعي. لن تنتج مفاعلات الاندماج المستقبلية نشاطًا عاليًا ونفايات نووية طويلة العمر ، كما أن الانصهار في مفاعل الاندماج أمر مستحيل عمليًا.

الأهم من ذلك ، أن الاندماج النووي لا ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون أو غازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي ، وبالتالي إلى جانب الانشطار النووي يمكن أن يلعب دورًا في التخفيف من تغير المناخ في المستقبل كمصدر للطاقة منخفض الكربون.

المصدر:

https://www.iaea.org/fusion-energy/what-is-fusion-and-why-is-it-so-difficult-to-achieve