بعد طول انتظار.. اختراق علمي في الاندماج النووي لزيادة إنتاج الطاقة

لأول مرة على الإطلاق، نجح العلماء الأمريكيون، في مرفق الإشعال الوطني بمختبر لورانس ليفرمور في كاليفورنيا، في إنتاج تفاعل اندماج نووي أدى إلى زيادة صافي الطاقة، وفقا لما أكده مصدر مطلع على المشروع .

وتشكل نتيجة التجربة خطوة هائلة في السعي الذي استمر لعقود، للتوصل إلى مصدر لا نهائي من الطاقة النظيفة، بما يمكن أن يساعد في إنهاء الاعتماد على الوقود الأحفوري، إذ حاول الباحثون لعقود في إعادة الاندماج النووي، ومحاكاة الاندماج الذي يمد الشمس بالطاقة.

ومن المقرر أن تعلن وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر غرانهولم، الثلاثاء عن هذا “الاختراق العلمي الكبير”. وتم الكشف عن هذا الاختراق لأول مرة في صحيفة “فاينانشيال تايمز” البريطانية.

ويحدث الاندماج النووي، عندما يتم دمج ذرتين أو أكثر في واحدة أكبر، وهي عملية تولد كمية هائلة من الطاقة على شكل حرارة، على عكس عملية الانشطار النووي التي تولد الكهرباء في أنحاء العالم، كما أنها لا تولد نفايات مشعة طويلة الأمد. وكان العلماء في أنحاء العالم يتقدمون ببطء لتحقيق هذا الاختراق، مستخدمين طرقا مختلفة لمحاولة تحقيق الهدف نفسه.

وينتج مشروع مرفق الإشعال الوطني، الطاقة من الاندماج النووي عن طريق ما يعرف باسم “الاندماج بالقصور الحراري النووي”، ومن الناحية العملية، يطلق العلماء الأمريكيون، كريات تحتوي على وقود الهيدروجين في مجموعة من 200 ليزر، مما يؤدي بشكل أساسي، إلى سلسلة انفجارات سريعة جدا، ومتكررة بمعدل 50 مرة في الثانية. ويتم استخراج الطاقة المجمعة من النيوترونات وجسيمات ألفا كحرارة، وهذه الحرارة هي أساس إنتاج الطاقة.

وقال توني رولستون، خبير الاندماج بقسم الهندسة بجامعة كامبريدج : “إنها تحتوي على تفاعل الاندماج عن طريق تسخين السطح الخارجي بالليزر، مما يحدث موجة صدمات”.

ورغم أن الحصول على طاقة صافية كبيرة عبر الاندماج النووي يعد أمرا مهما، إلا أنه يحدث على نطاق أصغر بكثير، مما هو مطلوب لتشغيل الشبكات الكهربائية وتدفئة المباني.

وبدوره، قال جيريمي شيتيندين، المدير المشارك بمركز دراسات الاندماج بالقصور الذاتي في إمبريال كوليدج في لندن: “يتعلق الأمر بما يلزم لغلي 10 أوان من الماء، ومن أجل تحويل ذلك إلى محطة طاقة، فإننا نحتاج إلى تحقيق مكاسب أكبر ونحتاج أن تكون أكبر بكثير”.

ويعمل العلماء في المملكة المتحدة، باستخدام آلة ضخمة على شكل كعكة مزودة بمغناطيسات عملاقة تسمى توكاماك، لمحاولة الحصول على النتيجة نفسها. وبعد حقن كمية صغيرة من الوقود في التوكاماك، يتم تنشيط مغناطيسات عملاقة لتكوين البلازما، ويجب أن تصل درجة حرارة البلازما إلى 150 مليون درجة مئوية على الأقل، أي أكثر سخونة من نواة الشمس بـ 10 مرات، بما يجبر جزيئات الوقود على الاندماج في جزيئ واحد، ومع الاندماج النووي، يكون للمنتج المصهور كتلة أقل من الذرات الأصلية، ثم تتحول الكتلة المفقودة إلى كمية هائلة من الطاقة.

ثم تضرب النيوترونات، القادرة على الهروب من البلازما، البطانة التي تغطي جدران التوكاماك، وتنتقل طاقتها الحركية على شكل حرارة، ويمكن بعد ذلك استخدام هذه الحرارة لتسخين المياه، وتوليد البخار وتوربينات الطاقة لتوليد الطاقة.

في العام الماضي، تمكن العلماء الذين يعملون بالقرب من أكسفورد من توليد كمية قياسية من الطاقة، ولكنها استمرت لمدة 5 ثوان فقط. وسواء تم ذلك باستخدام المغناطيس أو إطلاق الحبيبات بالليزر، فإن النتيجة واحدة في النهاية، أي أن الحرارة التي يتم الحفاظ عليها من خلال عملية دمج الذرات معا هي مفتاح إنتاج الطاقة.

والتحدي الكبير في تسخير طاقة الاندماج، يتمثل في الحفاظ عليها لفترة كافية حتى تتمكن من تشغيل الشبكات الكهربائية وأنظمة التدفئة حول العالم. وقال شيتيندين ورولستون ، إن العلماء في أنحاء العالم الآن، يجب أن يعملوا من أجل توسيع نطاق مشاريعهم الاندماجية بشكل كبير، ولخفض التكلفة، وسيستغرق جعلها قابلة للتطبيق على النطاق التجاري سنوات من البحث.