كتبت : حبيبة جمال
يحاول العالم السيطرة على مصدر الطاقة النظيفة اللامحدود هذا منذ الثلاثينيات. نحن الآن أقرب من أي وقت مضى
سان بول ليز دورانس، فرنسا – من تل صغير في منطقة بروفانس جنوب فرنسا ، يمكنك رؤية شمسين. كان أحدهم مشتعلًا منذ أربعة مليارات ونصف المليار سنة وهو في طور الإعداد. والآخر يتم بناؤه بواسطة آلاف العقول والأيدي البشرية.
ألقت آخر أشعة الشمس المسائية الحقيقية وهجًا سحريًا على الأخرى – موقع بناء ضخم يمكنه حل أكبر أزمة وجودية في تاريخ البشرية.
في بلدة سانت بول ليز دورانس الصغيرة، اجتمعت 35 دولة لمحاولة إتقان الاندماج النووي، وهي عملية تحدث بشكل طبيعي في الشمس – وجميع النجوم – ولكن يصعب تكرارها.
يعد الاندماج بشكل غير محدود فعليًا من الطاقة، على عكس الوقود الأحفوري ، لا ينبعث منه أي غازات دفيئة ، وعلى عكس طاقة الانشطار النووي المستخدمة اليوم، لا ينتج عنه أي نفايات مشعة طويلة العمر.
طاقة الاندماج
إذا تم اتقانها، فإن طاقة الاندماج ستعمل بلا شك على تزويد الكثير من العالم بالطاقة. يمكن أن ينتج جرام واحد فقط من الوقود كمدخلات ما يعادل ثمانية أطنان من النفط في قوة الانصهار. هذا عائد مذهل من 8 ملايين إلى 1.
نادرًا ما يرغب خبراء الطاقة الذرية في تقدير الوقت الذي قد تكون فيه طاقة الاندماج متاحة على نطاق واسع، وغالبًا ما يمزحون أنه بغض النظر عن الوقت الذي تسأل فيه، فإنه دائمًا ما يكون على بعد 30 عامًا.
لكن للمرة الأولى في التاريخ ، قد يكون هذا صحيحًا بالفعل.
في فبراير، أعلن العلماء في قرية كولهام الإنجليزية ، بالقرب من أكسفورد، عن إنجاز كبير، فقد قاموا بتوليد واستمرار رقم قياسي قدره 59 ميجا جول من الطاقة الاندماجية لمدة خمس ثوانٍ في آلة عملاقة على شكل دونات تسمى توكاماك.
كان يكفي فقط لتزويد منزل واحد بالطاقة ليوم واحد ، وذهب المزيد من الطاقة في العملية أكثر مما خرج منه. ومع ذلك فقد كانت لحظة تاريخية حقًا، لقد أثبت أن الاندماج النووي كان من الممكن بالفعل أن يستمر على الأرض.
كانت هذه أخبارًا رائعة لمشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي في فرنسا ، المعروف باسم إيتر ITER، هدفها الرئيسي هو إثبات إمكانية استخدام الاندماج تجاريًا.،إذا كان ذلك ممكنًا ، فلن يستخدم العالم أنواع الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز، وهي المحركات الرئيسية لأزمة المناخ التي من صنع الإنسان.
كان هناك شعور كبير بالزخم في ITER منذ النجاح في المملكة المتحدة، لكن الأشخاص الذين يعملون في المشروع يخضعون أيضًا لتغيير كبير، مات مديرهم العام ، برنارد بيجو (يُنطق bi-GOH بالفرنسية) ، من المرض في 14 مايو بعد قيادته لـ ITER لمدة سبع سنوات.
قبل وفاته ، شارك بيجوت تفاؤله المعدي لطاقة الاندماج من مكتبه المشمس ، والذي أطل على هيكل توكاماك الخاص بـ ITER ، وهو هيكل يشبه الخيال العلمي لا يزال قيد الإنشاء.
قال بيجوت “الطاقة هي الحياة”، “بيولوجيا واجتماعيا واقتصاديا.”
قال بيجوت عندما كان يسكن الأرض أقل من مليار شخص، كان هناك ما يكفي من مصادر الطاقة المتجددة لتلبية الطلب.
“ليس بعد الآن، ليس منذ الثورة الصناعية والانفجار السكاني الذي تلاها. لذا فقد احتضننا الوقود الأحفوري وتسببنا في الكثير من الضرر لبيئتنا، وها نحن الآن، 8 مليارات شخص في خضم أزمة مناخية قاسية”.
وقال: “لا يوجد بديل سوى أن نفطم أنفسنا عن مصدر قوتنا الرئيسي الحالي”، “ويبدو أن الخيار الأفضل هو الخيار الذي استخدمه الكون لمليارات السنين.”
تقليد الشمس
يتم إنشاء طاقة الاندماج عن طريق دفع جسيمين معًا بطبيعتهما. بعد حقن كمية صغيرة من الوقود في التوكاماك، يتم تنشيط المغناطيسات العملاقة لتكوين بلازما ، الحالة الرابعة للمادة، والتي تشبه إلى حد ما الغاز أو الحساء المشحون كهربائيًا.
من خلال رفع درجات الحرارة داخل التوكاماك إلى مستويات عالية لا يمكن فهمها، تضطر الجزيئات من الوقود إلى الاندماج في واحد. ينتج عن هذه العملية الهيليوم والنيوترونات – وهي أخف في الكتلة من الأجزاء التي صنعت منها في الأصل.
الكتلة المفقودة تتحول إلى كمية هائلة من الطاقة، ثم تضرب النيوترونات القادرة على الهروب من البلازما “بطانية” تبطن جدران التوكاماك، وتتحول طاقتها الحركية إلى حرارة.، يمكن استخدام هذه الحرارة لتسخين المياه وتوليد البخار وتحويل التوربينات لتوليد الطاقة.
كل هذا يتطلب أن يحتوي التوكاماك على حرارة شديدة. يجب أن تصل درجة حرارة البلازما إلى 150 مليون درجة مئوية على الأقل ، أي 10 مرات أكثر سخونة من لب الشمس، يطرح السؤال التالي: كيف يمكن لأي شيء على الأرض تحمل درجات الحرارة المرتفعة هذه؟
إنها واحدة من العديد من العقبات التي تمكنت أجيال من الباحثين عن طاقة الاندماج من التغلب عليها. صمم العلماء والمهندسون مغناطيسات عملاقة لتكوين مجال مغناطيسي قوي للحفاظ على الحرارة معبأة في زجاجات. أي شيء آخر سيذوب ببساطة.
ما يحاول أولئك الذين يعملون على الاندماج القيام به داخل أجهزتهم هو في الأساس محاكاة الشمس، الشمس عبارة عن مصنع اندماج دائم ، مكون من كرة عملاقة محترقة من البلازما، يدمج عدة مئات من الأطنان من الهيدروجين في الهيليوم كل ثانية.
البلازما هي المادة التي يتكون منها 99.9٪ من الكون ، بما في ذلك النجوم وشمسنا وجميع المواد بين النجوم. في الأسفل هنا على الأرض، على سبيل المثال، يتم استخدامه في أجهزة التلفزيون وأضواء النيون ، ويمكننا رؤيته في البرق والشفق القطبي.
على الرغم من روعة هذه الأصوات، فإن توليد طاقة الاندماج في حد ذاته ليس في الواقع الجزء الصعب، كما قال العديد من الخبراء في ITER. كانت البشرية تسحب تفاعل الاندماج النووي منذ اختراع القنبلة الهيدروجينية، بعد كل شيء، التحدي الرئيسي هو الحفاظ عليها. احتفظ التوكاماك في المملكة المتحدة – والذي يُطلق عليه اسم الحلقة الأوروبية المشتركة ، أو JET – بطاقة الاندماج لمدة خمس ثوانٍ، ولكن هذا ببساطة هو الأطول الذي ستستغرقه هذه الآلة. صُنع المغناطيس من النحاس وتم بناؤه في السبعينيات. أي أكثر من خمس ثوانٍ تحت هذه الحرارة قد يتسبب في ذوبانها.
يستخدم ITER مغناطيسات أحدث يمكن أن تدوم لفترة أطول، ويهدف المشروع إلى إنتاج عائد طاقة بمقدار 10 أضعاف ، وتوليد 500 ميغاواط من مدخلات تبلغ 50 ميغاواط.
لكن هدف ITER ليس في الواقع استخدام الطاقة من أجل الطاقة ولكن إثبات قدرتها على الحفاظ على طاقة الاندماج لفترة أطول بكثير مما كانت JET قادرة على ذلك.
سيعني النجاح هنا أن الآلات ذات النطاق التجاري يمكن أن تبدأ في توليد الاندماج في المستقبل.
بينما تدمج الشمس ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم ، استخدم مشروع JET نظيري هيدروجين يسمى الديوتيريوم والتريتيوم ، والذي سيستخدمه أيضًا ITER، تتصرف هذه النظائر بشكل مطابق تقريبًا للهيدروجين، من حيث تركيبها الكيميائي وتفاعلاتها.
تم العثور على كل من الديوتيريوم والتريتيوم في الطبيعة، الديوتيريوم وفير في كل من المياه العذبة والمالحة – الديوتيريوم من 500 مل فقط من الماء ، مع القليل من التريتيوم ، يمكن أن يغذي المنزل لمدة عام. التريتيوم نادر، لكن يمكن إنتاجه صناعياً، في الوقت الحالي ، لا يوجد سوى 20 كيلوجرامًا منها في العالم ، ولا يزيد الطلب عليها عن 400 جرام سنويًا.
ولكن بمعدل 8 ملايين إلى 1 ، لا يلزم سوى كميات ضئيلة من كلا العنصرين لتوليد الكثير من طاقة الاندماج.
التريتيوم مادة باهظة الثمن بشكل استثنائي، الجرام الواحد يساوي حاليًا حوالي 30 ألف دولار. في حالة انطلاق الاندماج النووي، فإن الطلب سوف يمر عبر السقف، مما يمثل تحديًا آخر لخبراء الاندماج في العالم.
مشروع يتكون من 10 مليون جزء
من بعيد، يبدو ITER كمشروع جاهز للانطلاق. عن قرب، من الواضح أنه لا يزال بعيد المنال.
البناء – عبر 39 موقع بناء – معقد بشكل لا يصدق. موقع العمل الرئيسي عبارة عن بيئة معقمة بشكل ملحوظ ، حيث يتم وضع مكونات هائلة في مكانها بمساعدة الرافعات التي يبلغ وزنها 750 طنًا. قام العمال بالفعل بتجميع هيكل التوكاماك، لكنهم ما زالوا ينتظرون بعض الأجزاء، بما في ذلك مغناطيس عملاق من روسيا سيجلس في الجزء العلوي من الماكينة.
الأبعاد مذهلة. سوف تزن توكاماك في النهاية 23000 طن، هذا هو الوزن الإجمالي لثلاثة أبراج إيفل، ستتألف من مليون مكون، وتختلف أيضًا إلى ما لا يقل عن 10 ملايين قطعة أصغر.
سيُحاط هذا العملاق القوي ببعض من أكبر المغناطيسات التي تم إنشاؤها على الإطلاق. حجمها المذهل – بعضها يصل أقطارها إلى 24 مترًا – يعني أنها كبيرة جدًا بحيث لا يمكن نقلها ويجب تجميعها في الموقع في قاعة عملاقة.
نظرًا للعدد الهائل من الأجزاء المعنية، ببساطة لا مجال للخطأ.
حتى التصميم الرقمي لهذا الجهاز الضخم يجلس عبر ملفات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد التي تشغل أكثر من 2 تيرابايت من مساحة محرك الأقراص. هذا هو نفس القدر من المساحة التي يمكنك حفظ أكثر من 160 مليون مستند Word من صفحة واحدة عليها.
الاندماج النووي في زمن الحرب
وراء مئات العمال الذين وضعوا مشروع ITER معًا حوالي 4500 شركة يعمل بها 15000 موظف من جميع أنحاء العالم.
تتعاون 35 دولة في مشروع ITER ، الذي يديره سبعة أعضاء رئيسيين – الصين والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وروسيا والهند واليابان وكوريا الجنوبية. يشبه إلى حد ما مجلس الأمن التابع للأمم المتحدة ، على الرغم من أن الراحل بيجوت ، من بين آخرين ، حاول جاهداً إبقاء الجغرافيا السياسية خارج ITER تمامًا.
ولكن بينما تسعى روسيا إلى إعادة رسم خريطة أوروبا بحربها في أوكرانيا ، وحتى تحدي النظام العالمي بعد الحرب ، هناك مخاوف بشأن دور الدولة المستمر في ITER ، وكذلك الكثير بشأن استبعادها المحتمل.
لقد تم استبعاد روسيا من عدد من المشاريع العلمية الدولية الأخرى في تداعيات حربها ، لكن المفوضية الأوروبية استبعدت صراحةً ITER في عقوباتها.
يعود جزء من هذا إلى أن روسيا مرتبطة ارتباطًا وثيقًا ليس فقط بالمشروع ولكن أيضًا بالطاقة الاندماجية تاريخيًا.
بدأت الدول في البحث عن طاقة الاندماج في الثلاثينيات من القرن الماضي ، حيث قامت ببناء جميع أنواع الآلات على مدى عقود. لكن توكاماك ، الذي تم إنشاؤه في الاتحاد السوفيتي ، هو الذي أثبت أنه الأكثر نجاحًا. في عام 1968 ، حقق الباحثون السوفييت تقدمًا هائلاً في عملية الاندماج – فقد كانوا قادرين على ذلك لتحقيق درجات الحرارة المرتفعة المطلوبة واحتواء البلازما لفترة طويلة لم يتم القيام بها من قبل.
أصبح التوكاماك آلة للتكرار. حتى كلمة توكاماك – وهي عبارة عن بورتمانتو لـ “الحبس المغناطيسي الحلقي” – هي من اللغة الروسية.
قدمت روسيا أيضًا بعضًا من أهم عناصر مشروع ITER وهي واحدة من مموليه الرئيسيين. قال لابان كوبلنتز ، رئيس الاتصالات في ITER ، إن مغناطيس الجزء العلوي من التوكاماك ، على سبيل المثال ، صنع في سانت بطرسبرغ وينتظر هناك ، ويكون جاهزًا لإرساله إلى فرنسا.
وقال إنه حتى الآن ، لم تتغير مشاركة روسيا في المشروع بأي شكل من الأشكال.
قال كوبلنتز: “ITER هو حقًا ابن الحرب الباردة. إنه تعاون متعمد من قبل البلدان غير المنحازة أيديولوجيًا والتي تشترك ببساطة في هدف مشترك لمستقبل أفضل.”
وأشار إلى أن الأعضاء السبعة الرئيسيين مروا بالعديد من الأحداث المتوترة منذ تصور ITER في عام 1985.
“قبل أي شيء يتعلق بالظروف الروسية الأخيرة ، لم يؤثر ذلك حتى الآن على روح التعاون. وقال “أعتقد أنه ليس من المبالغة القول إن مشروع إيتر هو مشروع سلام”.
لكن كوبلنتز أقر بأن الحرب في أوكرانيا كانت “غير مسبوقة” وأنه لا يستطيع التنبؤ بما قد يعنيه ذلك بالنسبة لمستقبل روسيا في ITER – وهو الأمر الذي سيكون قضية حساسة للمدير العام القادم. كان جزء من عمل بيجوت هو تنسيق الأعضاء السبعة الرئيسيين ووجهات نظرهم المتباينة في كثير من الأحيان حول التعامل مع مختلف القضايا السياسية والأيديولوجية والاقتصادية.
عندما سئل ، قبل الغزو الروسي لأوكرانيا ، عما إذا كانت إدارة هذه الاختلافات أصبحت صعبة ، ابتسم بيجوت بسخرية، قال “الآن ، هذا حقًا ليس بالأمر الهين”.
لكن التزامنا المشترك يظل قويًا كما كان دائمًا. أستطيع أن أقول أنه منذ بداية مشاركتي في المشروع ، لم يكن للسياسة اليومية أي تأثير تقريبًا على مساعينا، “يبدو أن كل من الشركاء مدرك تمامًا أن إسقاط الكرة يمكن أن يعني بسهولة زوال المشروع بأكمله. هذه بالطبع مسؤولية هائلة “.
لعبت الجغرافيا السياسية دائمًا دورًا في ITER. مجرد العثور على الموقع المناسب استغرق سنوات واشتمل على أكثر من عقد من الدراسات الفنية والمساومة السياسية والضبط الدبلوماسي. تم أخيرًا جعل موقع Saint-Paul-lez-Durance الفرنسي الموقع الرسمي في عام 2005 في اجتماع عُقد في موسكو ، وتم التوقيع على اتفاقية البناء في باريس بعد عام.
مع تراجع الدبلوماسية والتكنولوجيا ، بدأ البناء. في عام 2010 ، تم وضع الأسس ، وفي عام 2014 ، تم تشغيل أول آلات البناء.
الوقت ينفذ
قد يبدو حجم وطموح مشروع ITER هائلين ، لكنه ، على الأقل ، استجابة متناسبة للفوضى التي أحدثها البشر على الكوكب. منذ عام 1973 ، تضاعف استخدام الطاقة العالمي. بحلول نهاية القرن ، قد يتضاعف ثلاث مرات بالفعل. سبعون في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يتم إنشاؤها من خلال استهلاك الإنسان للطاقة. و 80٪ من كل الطاقة التي نستهلكها مستمدة من الوقود الأحفوري.
الآن، تتجه الأرض نحو مستويات الاحترار التي تُترجم إلى موجات حرارة أكثر فتكا، وموجات الجفاف التي تسبب المجاعات ، وحرائق الغابات، والفيضانات ، وارتفاع مستويات سطح البحر. إن تأثيرات أزمة المناخ تزداد صعوبة وعكسها مع وصول النظم البيئية بأكملها إلى نقاط اللاعودة ووضع المزيد من الأرواح البشرية على المحك.
يتدافع العالم الآن لإزالة الكربون وتسريع انتقاله من الوقود الأحفوري المستخدم في صناعة الكواكب إلى الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية. تعتمد بعض البلدان على طاقة الانشطار النووي، وهي طاقة منخفضة الكربون ولكنها تأتي مع مخاطر صغيرة، ولكنها ليست ضئيلة ، من الكوارث، ومشاكل تخزين النفايات المشعة وتكلفة عالية.
ولكن هناك تساؤلات جدية حول ما إذا كان بإمكان العالم إجراء هذا التحول الأخضر بالسرعة الكافية لتجنب تغير المناخ الكارثي.
عندما سئل الفيزيائي الراحل ستيفن هوكينج من قبل مجلة تايم في عام 2010 عن الاكتشاف العلمي الذي يود رؤيته في حياته، أشار إلى هذه العملية بالضبط.
وقال: “أود أن يصبح الاندماج النووي مصدرًا عمليًا للطاقة”.،”سيوفر إمدادًا لا ينضب من الطاقة، بدون تلوث أو احتباس حراري.”
عهد جديد
لقد تغلب الخبراء الذين يعملون في مجال الاندماج النووي على تحديات هائلة بالفعل ، وقد كرس العديد منهم ، بما في ذلك بيجوت، حياتهم المهنية بالكامل ولم يروا أبدًا استخدامه عمليًا.
تستعد الشركات التجارية الآن لتوليد وبيع طاقة الاندماج ، لذا فهم متفائلون بأن طاقة المستقبل هذه يمكن أن تأتي عبر الإنترنت بحلول منتصف القرن.
ولكن كما هو الحال دائمًا مع الاندماج النووي ، يبدو أنه كلما تم التغلب على أحد التحديات ، ظهر آخر. المخزون المحدود وسعر التريتيوم واحد ، لذلك تحاول ITER إنتاجها. على هذه الجبهة ، فإن التوقعات ليست سيئة. سيتم تغليف البطانية الموجودة داخل التوكاماك بالليثيوم ، وعندما تصل نيوترونات البلازما المتسربة إليها ، سوف تتفاعل مع الليثيوم لإنتاج المزيد من وقود التريتيوم.
دائمًا ما يكون الوقت والمال مصدر قلق للمشروعات الكبيرة ، ولكن “الكبيرة” لا تبدأ حتى في وصف حجم ITER ، والذي يعد حقًا أحد أكبر وأشمل تعاونات الطاقة الدولية في العالم في التاريخ.
قال بيجوت إن تأخير يوم واحد يكلف حوالي مليون يورو.
يتحمل الاتحاد الأوروبي 45٪ من تكاليف بناء المشروع المتزايدة باستمرار. تساهم جميع البلدان المشاركة الأخرى بما يزيد قليلاً عن 9٪ لكل منها ، بتقديرات تقريبية. في البداية ، قدر البناء بأكمله بحوالي 6 مليارات يورو (6.4 مليار دولار). في الوقت الحالي ، تضاعف الإجمالي أكثر من ثلاثة أضعاف ليصل إلى حوالي 20 مليار يورو.
توقعت تنبؤات عام 2001 إنتاج الدفعة الأولى من البلازما في عام 2016 ، وهو هدف آخر ضائع. اعتبر بعض المراقبين أن المشروع ميت في الماء ، ولكن بعد أن تولى بيجوت القيادة ، تم تبسيط المشروع وعاد إلى المسار الصحيح. قال كوبلنتز إن بيجوت كان يتمتع بسمعة طيبة كمدير دقيق ، ولكن هذا هو بالضبط ما كان مطلوبًا لترتيب هذا المشروع المعقد.
على الرغم من أنه تحت قيادته ، تم أيضًا مراجعة التوقعات والمواعيد النهائية لتكون أكثر واقعية. من المتوقع الآن ظهور البلازما الأولى في عام 2025 ، ومن المأمول إجراء تجارب الديوتيريوم-التريتيوم الأولى في عام 2035 ، على الرغم من أن تلك التجارب قيد المراجعة الآن – تأخرت جزئيًا بسبب الوباء وقضايا سلسلة التوريد المستمرة.
ومع ذلك ، مع وجود أحد أكبر المشاريع في العالم الذي يتأخر عن الزمن في حضنه ، ظل بيجوت متحمسًا ومتفائلًا بشأن إمكانات ITER حتى أنفاسه الأخيرة.
“اندماج الهيدروجين أكثر كفاءة بمليون مرة من حرق الوقود الأحفوري. ما نحاول القيام به هنا هو في الواقع ، يشبه إلى حد كبير إنشاء شمس اصطناعية صغيرة على الأرض ، “قال. “ستكون محطة توليد الطاقة الاندماجية هذه قيد التشغيل طوال الوقت. هذه الشمس ، إذا جاز التعبير ، لن تغرب أبدًا “.
