الباحثون يحققون إنجازًا هامًا على الطريق نحو طاقة الاندماج النووي

باستخدام أكبر ليزر في العالم ، قام الباحثون بإقناع وقود الاندماج لأول مرة لتسخين نفسه بما يتجاوز الحرارة التي أطلقوها عليه ، محققين ظاهرة تسمى البلازما المحترقة التي تمثل خطوة نحو طاقة الاندماج الذاتي.

كانت الطاقة المنتجة متواضعة – ما يعادل تسع بطاريات تسع فولت تقريبًا من النوع الذي يشغِّل أجهزة كشف الدخان والأجهزة الصغيرة الأخرى. لكن التجارب في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا مثلت علامة فارقة في السعي المستمر منذ عقود لتسخير طاقة الاندماج ، حتى عندما حذر الباحثون من أن هناك حاجة إلى سنوات من العمل الإضافي.

أنتجت التجارب التسخين الذاتي للمادة في حالة البلازما من خلال الاندماج النووي ، وهو دمج النوى الذرية لإطلاق الطاقة. تعد البلازما إحدى حالات المادة المختلفة ، جنبًا إلى جنب مع المواد الصلبة والسائلة والغازية.

الغرفة المستهدفة لمنشأة الإشعال الوطنية شوهدت في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في ليفرمور ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة ، في صورة نشرة غير مؤرخة. (رويترز)

قال أليكس زيلسترا ، الفيزيائي التجريبي في مختبر لورانس ليفرمور الوطني – وهو جزء من وزارة الطاقة الأمريكية – وقائدًا مؤلف البحث المنشور في المجلة طبيعة سجيةقال زيلسترا: “هذا تشبيه جيد للبلازما المحترقة ، حيث يبدأ الاندماج الآن في الاكتفاء الذاتي”.

قام العلماء بتوجيه 192 حزمة ليزر نحو هدف صغير يحتوي على كبسولة يقل قطرها عن عُشر البوصة (حوالي 2 مم) مملوءة بوقود اندماجي يتكون من بلازما من الديوتيريوم والتريتيوم – وهما نظيران أو شكلين من الهيدروجين. عند درجات حرارة عالية جدًا ، تظهر نواة الديوتيريوم ونواة فتيل التريتيوم ، ونيوترون وجسيم موجب الشحنة يسمى “جسيم ألفا” – يتكون من بروتونين ونيوترونين – وتنطلق الطاقة.

“يتطلب الاندماج أن نحصل على الوقود ساخنًا بشكل لا يصدق حتى يحترق – مثل النار العادية ، ولكن للاندماج نحتاج إلى حوالي مائة مليون درجة (فهرنهايت). على مدى عقود ، كنا قادرين على إحداث تفاعلات الاندماج في التجارب عن طريق وضع الكثير من التسخين في الوقود ، لكن هذا ليس جيدًا بما يكفي لإنتاج صافي الطاقة من الاندماج ، “قال زيلسترا. “الآن ، ولأول مرة ، قدمت تفاعلات الاندماج التي تحدث في الوقود معظم التسخين – لذلك بدأ الاندماج في الهيمنة على التدفئة التي فعلناها. قال زيلسترا: “هذا نظام جديد يسمى البلازما المحترقة”.

على عكس حرق الوقود الأحفوري أو عملية الانشطار لمحطات الطاقة النووية الحالية ، فإن الاندماج يوفر احتمالية لوفرة الطاقة دون تلوث أو نفايات مشعة أو غازات الاحتباس الحراري. تأتي طاقة الانشطار النووي من انقسام الذرات. تأتي طاقة الاندماج من اندماج الذرات معًا ، تمامًا كما هو الحال داخل النجوم ، بما في ذلك شمسنا.

كما تسعى مشاريع القطاع الخاص – عشرات الشركات والمؤسسات – إلى مستقبل طاقة الاندماج ، حتى أن بعض شركات النفط تستثمر.

قالت آني كريتشر من مختبر لورانس ليفرمور الوطني ، المصمم الرئيسي للتجارب التي أجريت في عامي 2020 و 2021 في مرفق الإشعال الوطني والمؤلفة الأولى لورقة مصاحبة نُشرت في المجلة: “الطاقة الاندماجية هي الكأس المقدسة للطاقة النظيفة غير المحدودة”. فيزياء الطبيعة.

قال زيلسترا إنه في هذه التجارب ، أنتج الاندماج حوالي 10 أضعاف الطاقة المستخدمة في تسخين الوقود ، ولكن أقل من 10 في المائة من إجمالي كمية طاقة الليزر لأن العملية لا تزال غير فعالة. وأضاف كريتشر أنه تم استخدام الليزر لحوالي 10 من المليارات من الثانية فقط في كل تجربة ، واستمر إنتاج الاندماج لمائة تريليون جزء من الثانية.

قال زيلسترا إنه يشعر بالتشجيع بسبب التقدم. قال زيلسترا: “إن جعل الاندماج حقيقة واقعة يمثل تحديًا تقنيًا معقدًا للغاية ، وسيتطلب استثمارًا وابتكارًا جادًا لجعله عمليًا واقتصاديًا”. “أرى الاندماج على أنه تحدٍ على نطاق عقدي ليكون مصدرًا قابلاً للتطبيق للطاقة.”