سيحتل المشروع البريطاني لبناء أول محطة للطاقة الاندماجية في العالم مركز الاهتمام هذا الأسبوع مع انتهاء المشروع السابق المدعوم من الاتحاد الأوروبي بعد 40 عامًا من تحطيم الأرقام القياسية.
ويهدف مشروع توكاماك الكروي الجديد لإنتاج الطاقة (STEP)، المقرر بناؤه في نوتنغهامشاير، إلى استخدام تكنولوجيا المفاعلات الرائدة في محاولة لإثبات الوعد بالاندماج النووي كمصدر آمن وغير قابل للنفاد للطاقة منخفضة الكربون.
يأتي مشروع STEP خلفًا لمشروع Torus الأوروبي المشترك (JET) من أكسفورد، والذي أجرى تجربته الأخيرة في ديسمبر وسيعلن عن "النتائج النهائية" يوم الخميس.
ويأتي هذا التحول في وقت تدفع فيه أسعار الطاقة المرتفعة والشكوك واسعة النطاق، فضلاً عن سياسات المناخ المكلفة، نحو أشكال جديدة من الطاقة مثل الاندماج النووي.
وقال تيم بستويك، نائب المدير التنفيذي لهيئة الطاقة الذرية البريطانية، التي تدير برنامج الاندماج النووي البريطاني: «لقد شهد الاهتمام العالمي بالاندماج النووي تحولاً استثنائياً في السنوات الأخيرة».
وقال: "الشيء الذي تغير أكثر من غيره هو الفهم الواسع النطاق بأننا بحاجة إلى شيء له خصائص طاقة الاندماج للتغلب على التحديات التي نواجهها فيما يتعلق بالأمن والطاقة منخفضة الكربون".
إن الوعد الكبير للاندماج النووي هو أنه من خلال إعادة خلق التفاعل الذي يولد حرارة الشمس، فإن محطات الطاقة سوف تكون قادرة على إنتاج طاقة وفيرة في أي مكان في العالم.
تتضمن العملية تسخين بلازما نظيري الهيدروجين - عادة الديوتيريوم والتريتيوم - إلى درجات حرارة قصوى بحيث يندمجان، وينتجان الهيليوم والنيوترونات.
ولا ينتج عن هذا التفاعل أي نفايات مشعة طويلة العمر، ويمكن العثور على النظائر بكميات كبيرة، كما أن كوبًا صغيرًا من الوقود لديه القدرة على تزويد المنزل بالطاقة لمئات السنين. ومع ذلك، بعد أربعة عقود من التجارب، لا تزال هذه التكنولوجيا بعيدة عن إثبات قدرتها على توليد الطاقة تجاريًا على نطاق واسع. حتى الآن، لم تتم عمليات الاندماج مع اكتساب الطاقة، أي مع تجاوز إنتاج الطاقة للاستهلاك، إلا في مختبرات ليفرمور .
كانت المملكة المتحدة في طليعة أبحاث الاندماج، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى قرار بناء JET - وهو تعاون بين الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي وسويسرا والمملكة المتحدة وأوكرانيا - على مشارف أكسفورد في بداية الثمانينيات.
افتتحت الملكة إليزابيث الثانية مشروع JET في عام 1984، وأنشأت أول بلازما من الديوتيريوم والتريتيوم في عام 1991 وحققت الرقم القياسي العالمي للطاقة المنتجة في عام 1997. وفي عام 2021، حققت JET إنجازًا آخر، حيث أنتجت في تفاعل مدته خمس ثوانٍ طاقة كافية للغليان. 60 غلاية، على الرغم من أن هذه الطاقة أقل بكثير مما استهلكته التجربة.
وفقًا للجداول الزمنية الحالية للحكومة، لن يتم تشغيل آلة STEP قبل بداية عام 2040. لكن الإلحاح البيئي والسياسي قد يؤدي إلى تقدم الزمن، أيضًا لأن هناك تجارب تبشر بإنتاج محطات طاقة الاندماج قبل ذلك بوقت طويل، مثل محطة توليد الطاقة بالاندماج النووي. أولئك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا .
وقال ديفيد غان، الرئيس الافتتاحي لحلول الاندماج الصناعي في المملكة المتحدة، وهي الهيئة الحكومية المسؤولة عن بناء المصنع: "سننظر بعناية شديدة فيما إذا كان بإمكاننا تسريع التقدم".
في حين أن JET كانت آلة تجريبية، فإن الهدف الرئيسي لـ STEP هو إنتاج الكهرباء للشبكة بطريقة منطقية تجاريًا. سيتم بناؤه في موقع محطة طاقة تعمل بالفحم تم إيقاف تشغيلها.
وقال غان إن الذكاء الاصطناعي، وخاصة التعلم الآلي، من المقرر أن يلعب دورًا رئيسيًا في STEP، مما يسمح للعلماء باختبار الإصدارات الرقمية من التكنولوجيا قبل الالتزام بالمشروع.
ستكون STEP، مثل JET، نوعًا من آلات الاندماج المعروفة باسم tokamak . لكن في حين أن JET و50 توكاماك أخرى عاملة حول العالم تتخذ شكل كعكة الدونات، فإن STEP سيكون كرويًا مثل "تفاحة ذات قلب رقيق"، كما قال غان.
من خلال تقريب البلازما شديدة الحرارة من جدار الآلة، يمكن نظريًا أن تكون التوكاماك الكروية أكثر إحكاما وتستخدم مغناطيسات أصغر حجمًا وأقل تكلفة. وهذا من شأنه أن يسهل تسويقه تجاريا، على الرغم من أنه سيتطلب أعمالا هندسية ضخمة.
تقوم شركة توكاماك بتسخين البلازما إلى درجات حرارة أعلى بعشر مرات من مركز الشمس وتستخدم الهيليوم السائل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق - 273 درجة مئوية تحت الصفر - كمبرد لمغناطيساتها فائقة التوصيل.
قال جو ميلنز، رئيس عمليات JET السابق والمدير التنفيذي الحالي للهندسة والحسابات في UKAEA: "على مسافة مترين من بعضنا البعض، لدينا المكان الأكثر سخونة في النظام الشمسي وبعض أبرد درجات الحرارة على الأرض". "كيف يمكنك إنشاء آلة يمكنها مواجهة هذا التحدي؟ نحن بحاجة إلى الانشغال وتحقيق ذلك".
ومن مميزات الاندماج النووي أنه، على عكس الانشطار النووي، لا ينتج وقودًا مشعًا مستهلكًا يجب تخزينه في صوامع آمنة لآلاف السنين. المشكلة الناشئة عن الاندماج هي إنتاج النيوترونات، والتي من المفارقة أنه يمكن استخدامها بشكل مختلف، لإنتاج نظائر مشعة ذات أغراض مختلفة أو لاستخدامها في محطات الطاقة الانشطارية. ومع ذلك، فإن مشكلة الاندماج الطبيعي مع إنتاج النيوترونات ستكون المشكلة الرئيسية لهذه الآلات.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
ستحل المقالة STEP محل JET في إنشاء الاندماج النووي في المملكة المتحدة، ولكنها ستنتج أيضًا الكهرباء من السيناريوهات الاقتصادية .
تم نشر المشاركة على مدونة Scenari Economici على https://scenarieconomici.it/step-sostituira-jet-nella-creazione-della-fusione-nucleare-nel-regno-unito-ma-produrra-anche-energia-elettrica/ في Wed, 07 Feb 2024 10:07:00 +0000.