تم تسخين الأيونات الموجودة داخل مفاعل اندماج مدمج بقطر متر واحد فقط إلى 100 مليون درجة مئوية سحرية لأول مرة ، في خطوة هائلة نحو التحقيق العملي لطاقة الاندماج النووي.
قام باحثون من Tokamak Energy Ltd في المملكة المتحدة ، ومختبر Princeton و Oak Ridge الوطني في الولايات المتحدة ، ومعهد أبحاث الطاقة والمناخ في ألمانيا بتحطيم الأرقام القياسية في جهاز tokamak الكروي (ST) ، والذي ، على عكس "دونات" على شكل مسارات دائرية للوقود الساخن في المفاعلات الكبيرة ، تحصر البلازما في دوامة "على شكل تفاحة" تهدف إلى تحسين الاستقرار والتطبيق العملي لتوليد الطاقة.
يحاكي الاندماج النووي العمليات الأساسية في قلب شمسنا والنجوم المماثلة ، ويضغط الطاقة من اندماج العناصر الأصغر في العناصر الأكبر. إذا فهمناها بشكل صحيح - وهذه كلمة "إذا" كبيرة جدًا - فهذا يعني مصدرًا لا ينضب تقريبًا من الطاقة النظيفة ، مع عدم وجود انبعاثات ضارة.
بينما تمتلك النجوم كميات هائلة من الجاذبية تحت تصرفها لدمج العناصر وإطلاق الطاقة ، فنحن مضطرون إلى الاعتماد على الحرارة. الكثير من الحرارة ، في الواقع ، تعادل عدة مرات أكثر سخونة من لب الشمس.
يعد طهي المكونات الذرية ، أو الأيونات ، إلى ما لا يقل عن 100 مليون درجة مئوية (أساسًا أي شيء يزيد عن 100 مليون درجة كلفن ، أو 8.6 كيلو إلكترون فولت من حيث الطاقة) أمرًا بالغ الأهمية للحصول على الضغوط الصحيحة.
كتب الباحثون في الورقة المنشورة: "درجات حرارة أيونات أعلى من 5 كيلو إلكترون فولت لم تتحقق سابقًا في أي ST ، ولم يتم تحقيقها إلا في أجهزة أكبر بكثير مع طاقة تسخين بلازما أكبر بكثير".
في هذه الحالة تم استخدام توكاماك كروي يسمى ST40. بصرف النظر عن الآلات المطلوبة للتشغيل الآمن ، يبلغ حجم المفاعل نفسه 0.8 متر فقط ، وهو جزء صغير من التوكاماك الأكبر الذي يمكن أن يصل قطره إلى عدة أمتار.
بالمقارنة مع مفاعلات الاندماج الأكبر ، فإن هذه الأجهزة الصغيرة أرخص في البناء ومن المحتمل أن تكون أكثر كفاءة واستقرارًا - كل المزايا إذا كنت ترغب في جعل التكنولوجيا قابلة للتطبيق تجاريًا.
لتحقيق الرقم القياسي الجديد لدرجة الحرارة ، استخدم الباحثون عددًا من التحسينات ، بما في ذلك استخدام ST نفسها وطريقة تحضير البلازما من حيث التسخين وكثافة الإلكترون.
تم استعارة بعض التقنيات من التجارب "الفائقة" التي أجريت في التسعينيات في مفاعل اختبار الاندماج في توكاماك ، وهو أكبر بكثير من مفاعل ST40. في الأساس ، تضمن النهج تطبيق الكثير من الحرارة في فترة زمنية قصيرة جدًا.
تم تطبيق خدعة تحسين أخرى من قبل العلماء وهي تسخين الأيونات موجبة الشحنة أكثر من الإلكترونات سالبة الشحنة داخل البلازما. يساعد هذا الوضع ، المعروف باسم وضع الأيونات الساخنة ، على زيادة عدد التفاعلات وأداء التوكاماك.
كتب الباحثون: "تم تحقيق درجات الحرارة هذه في ظل سيناريوهات وضع الأيونات الساخنة ، حيث تتجاوز درجة حرارة الأيونات درجة حرارة الإلكترونات ، عادةً بمعامل اثنين أو أكثر".
في حين أن هذا الاكتشاف وما شابه مثيران بالتأكيد ، إلا أن الاندماج النووي لا يزال في المراحل التجريبية ، مع وجود العديد من العقبات التي يجب التغلب عليها قبل اعتباره مصدرًا عمليًا للطاقة. لا يعتقد الجميع أن توليد طاقة الاندماج النووي سيكون ممكنًا ، بالنظر إلى التحديات التقنية المقبلة.
يتم إبراز هذه التحديات هنا أيضًا: تم الوصول إلى درجة الحرارة القصوى لمدة 150 مللي ثانية فقط. نتيجة ممتازة في المختبر ، ولكن ليس هناك الكثير من الوقت للمساهمة بشكل ملموس في شبكة الطاقة.
ومع ذلك ، فإن كل اكتشاف يقربنا من الهدف النهائي - وهذا جدير بالملاحظة بشكل خاص ، مع الأخذ في الاعتبار أن التوكاماك الكروية هي واحدة من أكثر الخيارات الواعدة لإنشاء تفاعلات الاندماج النووي بحيث تصبح المعادلات الاقتصادية والطاقة الضرورية منطقية.
كتب الباحثون: "تُظهر هذه النتائج لأول مرة أن درجات حرارة الأيونات ذات الصلة بانصهار الحبس المغناطيسي التجاري يمكن تحقيقها في ST مدمجة عالية المجال وتبشر بالخير لمحطات الطاقة الاندماجية القائمة على هذا النوع من ST".
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا ، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بنشر مقالات جديدة من السيناريوهات الاقتصادية.
مقال الانصهار النووي: توكاماك صغير قطره متر واحد يصل إلى 100 مليون درجة. هل المستقبل معياري؟ يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .