شمس الصين الاصطناعية تسطع في سماء التكنولوجيا النووية

في إنجاز رائد، نجح مفاعل الاندماج النووي الصيني هوانليو-3 في توليد مجاله المغناطيسي لأول مرة، مما يمثل علامة بارزة في السعي العالمي للحصول على طاقة نظيفة ومستدامة. ومفاعل “الشمس الصين الاصطناعية”، المصمم لتقليد عمليات توليد الطاقة في النجوم، هو نتيجة عقود من البحث والتعاون بين 17 مختبرا ومنشأة حول العالم. ورغم أن مفاعل الصين ليس الأكبر في العالم، إلا أن تصميمه المبتكر وإنجازه البارز يضع البلاد في طليعة أبحاث الاندماج النووي.

تتمتع عملية الاندماج النووي بالقدرة على توليد كميات هائلة من الطاقة، لكنها مهمة معقدة ومليئة بالتحديات. إن إنجاز مفاعل هوانليو-3 يشكل أهمية كبيرة ليس فقط للصين بل وأيضاً للمجتمع العالمي، لأنه يساهم في تطوير مشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER) في فرنسا. مشروع ITER هو تعاون بين 35 دولة، بما في ذلك الصين، ويهدف إلى إثبات جدوى الاندماج النووي كمصدر حيوي للطاقة.

طاقة الاندماج النووي

إن السعي وراء تسخير طاقة الاندماج النووي قد أذهل العلماء والمهندسين منذ فترة طويلة. الاندماج النووي في جوهره هو نفس العملية التي تزود النجوم بالطاقة، حيث تتحد النوى الذرية لتطلق طاقة هائلة. إن تكرار هذه العملية على الأرض من شأنه أن يوفر مصدرًا غير محدود تقريبًا ونظيفًا ومستدامًا للطاقة. لعقود من الزمن، ظل الباحثون يعملون على التغلب على التحديات التقنية الكبيرة التي تقف بيننا وبين تحقيق قوة الاندماج.

تتمثل إحدى العقبات الأساسية في تحقيق والحفاظ على درجات الحرارة والضغوط المرتفعة اللازمة لبدء تفاعل الاندماج والحفاظ عليه. وهذا يتطلب إنشاء البلازما، وهي حالة من المادة شديدة السخونة تشبه الغاز حيث تتأين الذرات وتكون الإلكترونات حرة في الحركة. ويجب أن يتم حصر البلازما وتسخينها في درجة حرارة تبلغ حوالي 150 مليون درجة مئوية، وهي درجة حرارة أعلى من حرارة قلب الشمس.

إن إمكانات طاقة الاندماج هائلة. وإذا تم تسخيرها بنجاح، فمن الممكن أن توفر جزءاً كبيراً من احتياجات العالم من الطاقة، مما يقلل إلى حد كبير من اعتمادنا على الوقود الأحفوري ويخفف من آثار تغير المناخ. إن البحث عن طاقة الاندماج النووي هو جهد معقد ومستمر يتضمن تعاونًا دوليًا وتكنولوجيا متطورة. ويشكل مفاعل هوانليو-3 الصيني خطوة مهمة إلى الأمام في هذه الرحلة، ولكن من الضروري فهم السياق الأوسع وتاريخ أبحاث الاندماج لتقدير أهميته.

تاريخ التوكاماك

إن السعي وراء تسخير طاقة الاندماج النووي له تاريخ غني، يعود تاريخه إلى خمسينيات القرن العشرين عندما تصور الفيزيائي السوفييتي إيجور تام والفيزيائي الأمريكي أندريه ساخاروف فكرة التوكاماك (Tokamak). كلمة “توكاماك” هي في الواقع اختصار مشتق من الكلمات الروسية التي تعني “غرفة حلقية” و”ملف مغناطيسي”.

على مدى العقود الماضية، قطع الباحثون خطوات كبيرة في فهم الظواهر المعقدة التي ينطوي عليها تحقيق الاندماج النووي الخاضع للرقابة. تم بناء أول توكاماك، والذي أطلق عليه اسم (T-1)، في الاتحاد السوفييتي في عام 1958. ومنذ ذلك الحين، تم بناء العديد من الأجهزة التجريبية في جميع أنحاء العالم، وكل منها يتجاوز حدود ما يُعتقد أنه ممكن.

بدأت رحلة الصين في أبحاث التوكاماك في ثمانينيات القرن العشرين، مع بناء أول توكاماك صيني، (CT-6)، في المعهد الجنوبي الغربي للفيزياء في مدينة تشنغدو. ويواصل المعهد لعب دور حيوي في تطوير قدرات الاندماج النووي في الصين، مع تطوير الأجهزة اللاحقة مثل (HL-1) و(HL-2).

لقد كان لنمو التعاون الدولي دور فعال في دفع التقدم في أبحاث التوكاماك. فقد مكّن تبادل الأفكار والخبرات والموارد العلماء من معالجة التحديات التقنية الهائلة التي ينطوي عليها تسخير طاقة الاندماج. واليوم، يعمل الباحثون من جميع أنحاء العالم معًا للتغلب على العقبات المتبقية، لتحقيق الهدف النهائي المتمثل في إنشاء محطة طاقة اندماجية قابلة للتطبيق تجاريًا

مفاعل هوانليو -3

حقق مفاعل هوانليو-3 (Huanliu-3) (HL-3) تقدمًا كبيرًا في تصميم المجال المغناطيسي، وهو عنصر حاسم في احتواء البلازما شديدة الحرارة التي تغذي تفاعلات الاندماج النووي. يعد هذا التصميم الجديد علامة بارزة في مجال أبحاث التوكاماك، لأنه يعالج تحديًا طويل الأمد يتمثل في الحفاظ على البلازما الساخنة للغاية دون ملامستها لمواد المفاعل.

والمجال المغناطيسي هو ما يمكّن التوكاماك من احتواء البلازما الساخنة. ومع ذلك، تعاني تصميمات التوكاماك الحالية من مشكلات هيكلية، بما في ذلك النقاط الساخنة التي تعطل تدفق البلازما. تنشأ هذه النقاط الساخنة من التركيب المنفصل للمغناطيسات الكهربائية حول غلاف المفاعل أو من القيود الطبيعية للمواد المستخدمة في بنائها.

يقدم تصميم المجال المغناطيسي الجديد لـ (HL-3) حلاً واعدًا لهذه المشكلة. ومن خلال إنشاء مجال مغناطيسي أكثر كفاءة واستقرارًا، يمكن للمفاعل أن يحتوي على البلازما بشكل أفضل، مما يجعله أقرب إلى تحقيق الظروف اللازمة لتفاعلات الاندماج النووي المستدامة. ولهذا التطور آثار كبيرة على مشروع (ITER)، حيث وقعت الصين على بناء وحدة غرفة مفرغة للتعاون الدولي.

الجهد العالمي

إن مفاعل هوانليو-3 الصيني ليس تجربة معزولة؛ إنه جزء من جهد عالمي لتحقيق الاندماج النووي. ويساهم هذا المفاعل، إلى جانب عشرات الآخرين حول العالم، في مشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER). إن (ITER) عبارة عن مفاعل اندماج نووي ضخم يتم بناؤه بالتعاون الدولي في فرنسا، وقد انضمت الصين إلى هذا المسعى في عام 2023. ويتلخص الهدف النهائي في خلق تفاعل اندماج نووي مستدام ذاتياً وقادر على إنتاج كميات هائلة من الطاقة النظيفة.

هوانليو-3، مثل العديد من مفاعلات التوكاماك الأخرى، هي تقنية مغذية لـ (ITER). في الواقع، ذكرت وسائل الإعلام الصينية أن الصين قد وقعت عقدًا لبناء وحدة حجرة فراغية لـ (ITER). تعتبر هذه الوحدة حاسمة بالنسبة لأهداف المشروع، لأنها تساعد في جعل التجربة آمنة بشكل معقول، لاحتواء تفاعل يشبه النجوم على طول الواجهة البحرية الفرنسية (French waterfront). ستساعد الحجرة الفراغية (ITER) على تحقيق أهدافه الطموحة، وستكون مساهمة الصين خطوة مهمة إلى الأمام.

• إنشاء منشآت تجارية للاندماج النووي
• هل الاندماج النووي مصدر طاقة خالي من المشكلات؟
• هل يمكن لمفاعل انشطار نووي أن يظهر طبيعياً ؟
• ماهو الاندماج النووي المحفز بالميوونات ؟
• ماهي أنواع المفاعلات النووية وكيف يتم تصنيفها؟

مستقبل الاندماج النووي

إن الاندماج النووي هو مصدر للطاقة يمكن أن يحدث ثورة في الطريقة التي نزود بها منازلنا وصناعاتنا ووسائل النقل بالطاقة. ومع تغير المناخ الذي يلوح في الأفق، لا يمكن أن نقلل من أهمية هذا الاكتشاف. ومن خلال إتقان الاندماج النووي، يمكننا تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري، وخفض انبعاثات الغازات الدفيئة، وتخفيف آثار الانحباس الحراري العالمي.

إن تطبيقات الاندماج النووي بعيدة المدى ومتنوعة. من تشغيل الشبكات الكهربائية إلى تزويد أنظمة النقل المتقدمة بالوقود، فإن الاحتمالات لا حصر لها. في المستقبل القريب، يمكننا أن نرى مولدات الكهرباء التي تعمل بالطاقة الاندماجية تصبح حقيقة واقعة، مما يوفر الطاقة النظيفة لملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. ومع تقدم التكنولوجيا، قد نرى أيضًا مركبات وبنية تحتية تعمل بالطاقة الاندماجية، مما يؤدي إلى تغيير الطريقة التي نعيش بها ونعمل بها.

ولكن ماذا يعني هذا بالنسبة لك؟ هذا يعني أن الهواء الذي تتنفسه يمكن أن يكون أنظف، والماء الذي تشربه يمكن أن يكون أنقى، والكوكب الذي تسميه وطنك يمكن أن يكون أكثر صحة. وهذا يعني أن الأجيال القادمة لن تضطر إلى القلق بشأن العواقب المدمرة لتغير المناخ، وأن مستقبلنا يبدو واعدًا.

المصدر:

China’s Artificial Sun Generated a Magnetic Field, Clearing a Real Path for Fusion / popular mechanics