مصدر طاقة آمن ووفير.. الولايات المتحدة أعلنت “اكتشافا كبيرا” في مجال الاندماج النووي

د. طارق قابيل

اعلنت وزارة الطاقة الامريكية اليوم ان باحثيها حققوا “اختراقا علميا كبيرا” في الاندماج النووي وهي تقنية تعتبر مصدرا ثوريا للطاقة البديلة.

وأعلنت وزيرة الطاقة جينيفر جرانهولم، عن اختراق علمي كبير في أبحاث الاندماج التي تم إجراؤها في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا، خلال مؤتمر صحفي في وزارة الطاقة في واشنطن، يوم الثلاثاء، 13 ديسمبر 2022.

وقالت وزيرة الطاقة الأمريكية جينيفر جرانهولم: “لقد حققنا إنجازًا علميًا في الاندماج النووي يمهد الطريق للتقدم في الدفاع والطاقة النظيفة”.

إذا تم تأكيد الإنجاز، كما يقول جيريمي شيتيندين، الفيزيائي في إمبريال كوليدج لندن، “فستكون لحظة تقدم مليئة بالأمل حقًا … إنها توضح ما كنا نريده منذ فترة طويلة، وأن الاندماج المطلوب يمكن تحقيقه بالفعل. ”

الاختراق في الاندماج يمكن أن يغير قواعد اللعبة في المناخ والطاقة

يعمل العلماء منذ عقود على تطوير الاندماج النووي، والذي يصفه أنصاره بأنه مصدر طاقة نظيف ووفير وآمن يمكن أن يسمح أخيرًا للبشرية بإنهاء اعتمادنا على الوقود الأحفوري الذي يساهم في أزمة المناخ العالمية.

لتوليد الطاقة، تستخدم محطات الطاقة النووية في جميع أنحاء العالم حاليًا الانشطار، والذي يعتمد على تقسيم نوى الذرات الثقيلة.

يجمع الاندماج بين ذرتين من الهيدروجين الخفيفين لتكوين واحدة أثقل من الهليوم، مما يطلق الكثير من الطاقة في هذه العملية التي تحدث داخل النجوم، بما في ذلك الشمس.

وفقًا لصحيفة فاينانشيال تايمز، أنتج العلماء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني مؤخرًا حوالي 2.5 ميغا جول من الطاقة في تفاعل الاندماج، أي حوالي 120 في المائة من 2.1 ميغا جول المستخدمة لبدء التفاعل باستخدام الليزر.

وأشارت الصحيفة إلى أن الباحثين في مختبر لورانس ليفرمور الوطني بكاليفورنيا قد نجحوا لأول مرة في إنتاج “توازن طاقة صافٍ” من الاندماج النووي، مما يعني حدوث تفاعل يوجد فيه طاقة أكثر من يستخدم لتنشيطه.

وقالت وزارة الطاقة إن الباحثين أنتجوا، للمرة الأولى، طاقة في تفاعل الاندماج أكثر مما استخدم في إشعاله، وهو ما يسمى صافي اكتساب الطاقة.

وبحسب وزيرة الطاقة جنيفر جرانهولم يعد هذا الحدث “اختراق علمي كبير” في السعي المستمر منذ عقود لتسخير الاندماج، الطاقة التي تمد الشمس والنجوم بالطاقة.

وقالت جرانهولم في المؤتمر الصحفي: “هذا إنجاز تاريخي للباحثين والعاملين في منشأة الإشعال الوطنية الذين كرسوا حياتهم المهنية لرؤية اشتعال الاندماج حقيقة واقعة، وسيؤدي هذا الإنجاز بلا شك إلى المزيد من الاكتشافات”.

وأوضحت إن طفرة الاندماج “ستدرج في كتب التاريخ.. وإن هذا الإنجاز سيمهد الطريق للتقدم في الدفاع الوطني ومستقبل الطاقة النظيفة.

أعجوبة هندسية لا تصدق

وصفت المستشارة العلمية للبيت الأبيض أراتي برابهاكار الاشتعال الاندماجي بأنه “مثال رائع لما يمكن أن تحققه المثابرة حقًا” و “أعجوبة هندسية لا تصدق”.

يأمل أنصار الاندماج أنه يمكن في يوم من الأيام إنتاج طاقة غير محدودة تقريبًا وخالية من الكربون، مما يؤدي إلى إزاحة الوقود الأحفوري ومصادر الطاقة التقليدية الأخرى.

ولكن، لا يزال إنتاج الطاقة التي تغذي المنازل والشركات من الاندماج بعيدًا لعقود، ومع ذلك، قال الباحثون إنها كانت خطوة مهمة رغم ذلك.

قال البروفيسور دينيس وايت، مدير مركز علوم البلازما والاندماج في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والرائد في أبحاث الاندماج: “يبدو الأمر أشبه ما يكون ببندقية الانطلاق”. و”يجب أن ندفع باتجاه جعل أنظمة الطاقة الاندماجية متاحة لمعالجة تغير المناخ وأمن الطاقة.”

كان كسب الطاقة الصافي هدفًا بعيد المنال لأن الاندماج يحدث في درجات حرارة عالية وضغوط يصعب التحكم فيها بشكل لا يصدق.

يعمل الاندماج عن طريق ضغط ذرات الهيدروجين على بعضها البعض بهذه القوة التي تتحد في شكل هيليوم، مما يطلق كميات هائلة من الطاقة والحرارة. وعلى عكس التفاعلات النووية الأخرى، فإنه لا ينتج نفايات مشعة.

ذهبت مليارات الدولارات وعقود من العمل إلى أبحاث الاندماج التي أسفرت عن نتائج مبهجة -لأجزاء من الثانية. في السابق، استخدم الباحثون في منشأة الإشعال الوطنية، 192 ليزرًا ودرجات حرارة أعلى عدة مرات من مركز الشمس لإنشاء تفاعل اندماج قصير للغاية.

يركز الليزر كمية هائلة من الحرارة على علبة معدنية صغيرة. والنتيجة هي بيئة بلازما شديدة الحرارة حيث قد يحدث الاندماج.

يتطلب الأمر موارد وجهودًا هائلة لتطوير أبحاث الاندماج. وفي العام الماضي، أعلنت الفرق العاملة في هذه المشاريع في قارتين عن تطورات كبيرة في المغناطيسات الحيوية اللازمة لعملهم.

أحد الأساليب يحول الهيدروجين إلى بلازما، وهو غاز مشحون كهربائيًا، يتم التحكم فيه بعد ذلك بواسطة مغناطيسات ضخمة.

ويتم استكشاف هذه الطريقة في فرنسا بالتعاون بين 35 دولة تسمى المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي وكذلك من قبل باحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وشركة خاصة.

أمامنا طريق طويل

مثل الانشطار، يعمل الاندماج خاليًا من الكربون، لكن مزاياه لا تتوقف عند هذا الحد؛ فهو لا يشكل خطر حدوث كارثة نووية وينتج نفايات مشعة أقل بكثير من الاندماج.

ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يصبح الاندماج ممكنًا على نطاق صناعي.

قال تشيتيندين “لتحويل الاندماج إلى طاقة، نحتاج إلى إضافة المزيد من مكاسب الطاقة”، وتصبح هذه محطة لتوليد الطاقة. ”

قال ريكاردو بيتي، الأستاذ في جامعة روتشستر والخبير في الاندماج بالليزر، إن الإعلان عن اكتساب الطاقة الصافية في تفاعل الاندماج سيكون مهمًا. لكنه قال إن أمامنا طريق طويل قبل أن تولد النتيجة كهرباء مستدامة.

وقال إريك لوفيفر، مدير المشروع في لجنة الطاقة الذرية الفرنسية، لوكالة فرانس برس إن ذلك قد يستغرق 20 أو 30 عاما أخرى.

لكن خبراء المناخ يحذرون من أن العالم لا يمكنه الانتظار كل هذا الوقت لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والحد من آثارها الخطيرة.

وشبه هذا الاختراق عندما علم البشر لأول مرة أن تكرير النفط وتحويله إلى بنزين وإشعاله يمكن أن يؤدي إلى انفجار.

وقال بيتي: “ما زلت لا تملك المحرك وما زلت لا تملك الإطارات”. “لا يمكنك القول إن لديك سيارة.”

تم تطبيق تحقيق مكاسب الطاقة الصافي على تفاعل الاندماج نفسه، وليس إجمالي الطاقة التي استغرقتها لتشغيل الليزر وتشغيل المشروع. لكي يكون الاندماج قابلاً للتطبيق، يجب أن ينتج طاقة أكبر بشكل ملحوظ ولمدة أطول.

صافي اكتساب الطاقة ليس مفاجأة كبيرة من مختبر كاليفورنيا بسبب التقدم الذي أحرزه بالفعل، وفقًا لجيريمي شيتيندين، الأستاذ في إمبريال كوليدج في لندن المتخصص في فيزياء البلازما.

وقال: “هذا لا ينتقص من حقيقة أن هذا يمثل علامة فارقة“.

ستقدم النتائج في النهاية دليلاً على مبدأ فيزيائي وضعه باحثو الاندماج منذ عقود، وستمثل ما يسميه المحاضر بجامعة كامبريدج توني رالستون “نجاحًا علميًا”.