لقد عاد الاندماج النووي إلى دائرة الضوء بفضل التطورات العلمية الحديثة والاستثمارات الخاصة. ومع ذلك، فإن الحماس لهذا المصدر المحتمل للطاقة النظيفة يجب أن يواجه تحديًا حاسمًا : إنتاج وقود الاندماج النووي، على شكل نظير نادر جدًا للهيدروجين.
يتضمن الاندماج استخدام نظيرين نادرين للهيدروجين: الديوتيريوم، الذي يحتوي على نيوترون واحد وبروتون واحد، والتريتيوم، الذي يحتوي على نيوترونين وبروتون واحد. إذا كان الديوتيريوم، رغم ندرته (0.015% من المجموع)، موجودا في الماء العادي، لكن التريتيوم نادر جدا حقا، مع ذرة واحدة من كل عشرة مرفوعة إلى الثامنة عشرة... باختصار، لا يوجد.
يتم أيضًا الحصول على التريتيوم عادةً من مفاعلات انشطار الماء الثقيل. يومًا ما، عندما تصبح مفاعلات الاندماج النووي جاهزة للعمل، قد يتم تحقيق ذلك من خلال تفاعل النيوترونات مع الليثيوم. تتطلب هذه العملية توازنًا دقيقًا بين إنتاج الطاقة وإنتاج التريتيوم، بهدف تحقيق نسبة تكاثر التريتيوم أكبر من واحد.
إن الوفرة الطبيعية لليثيوم 6، وهو النظائر الأكثر فعالية في إنتاج التريتيوم، محدودة. ولضمان إنتاج كافٍ، قد تكون هناك حاجة إلى إثراء الليثيوم، وهي عملية معقدة ومكلفة. تعتمد كمية الليثيوم المطلوبة على تصميم المفاعل، ولكن يجب أن تكون كافية لضمان التفاعل النيوتروني الأمثل لإنتاج التريتيوم.
ومن المتوقع أنه إذا كان ITER؛ والمفاعل التجريبي الأوروبي، في حال تفعيله، سيستخدم كل احتياطيات التريتيوم في العالم. لذلك هناك مشكلة الوقود لعملية الاندماج.
إنتاج التريتيوم؟ ممكن، ولكن مع ظاهرة الاندماج
كشف فريق البحث بقيادة البروفيسور وانغ هايشيا من معهد خفي للعلوم الفيزيائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، عن اكتشاف ظاهرة إطلاق التريتيوم عبر مُثري تيتانات الليثيوم المشعع بالنيوترونات (Li2TiO3).
يعد سلوك التكاثر وإطلاق التريتيوم للمولدات الصلبة أمرًا بالغ الأهمية لتصميم البطانيات الصلبة في مفاعلات الاندماج. ومع ذلك، فإن معظم دراسات التشعيع المولد تستخدم النيوترونات الانشطارية، أو مصادر الأيونات، أو مصادر جاما، مما يترك فجوة في المعرفة حول تشعيع النيوترونات الاندماجية عند 14 ميجا فولت. لذلك، تم إجراء تجارب على Li2TiO3 باستخدام مصدر نيوتروني اندماجي لدراسة تأثير النيوترونات عالية الطاقة على إنتاج التريتيوم وأداء الإطلاق في الكائنات الصلبة.
في هذه الدراسة، تم تطوير نظام توصيل التريتيوم المتخصص لقياس وجمع التريتيوم بعد تشعيع النيوترونات الاندماجية. يشتمل هذا النظام، الذي يتمتع بكفاءة تجميع تقترب من 100%، على فقاعات تجميع التريتيوم، وتكنولوجيا الاستبدال التلقائي والأكسدة الحفزية. من خلال تقليل فقدان التريتيوم ومراقبة إطلاق ماء التريتيوم (HTO) وغاز التريتيوم، يسمح النظام بدراسة سلوك إطلاق التريتيوم في ظل ظروف مختلفة، مثل معدلات درجة الحرارة والرطوبة والتدفئة.
منحنى إطلاق التريتيوم لـ Li2TiO3 عند درجات حرارة مختلفة. الائتمان: فو Xuewei
أظهرت النتائج التجريبية أنه في درجة حرارة الغرفة، تم إطلاق كمية محدودة ولكن مرئية من التريتيوم من عينات Li2TiO3 المشععة بالنيوترونات الاندماجية، مما يشير إلى سلوك الشفاء الذاتي للعيوب. مع زيادة درجة حرارة العينات، أظهر Li2TiO3 ذروة إطلاق التريتيوم، مطلقًا HTO في الغالب.
علاوة على ذلك، فإن عوامل مثل الرطوبة في غاز الغسيل، وطرق قياس التريتيوم المختلفة، ومعدلات التسخين أثرت بشكل كبير على سلوك إطلاق التريتيوم.
قال البروفيسور وانغ هايكسيا: "توفر نتائجنا رؤى جديدة لفهم تأثير تشعيع النيوترونات الاندماجية على آلية إطلاق التريتيوم".
تظل هناك دائمًا مشكلة إمداد هذه النيوترونات التي يمكن أن تأتي من الانشطار (وبالتالي مع استخدام مواد مثل اليورانيوم) أو من الاندماج، ولكن في هذه الحالة مع عمليات مكلفة للغاية من حيث الطاقة، أو سيكون من المثير للاهتمام تجربة مستويات منخفضة من النيوترونات. أدوات منخفضة التكلفة، ولكن في الوقت الحالي، ذات انبعاث نيوتروني منخفض، مثل النيوتريستورات .
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بما يتم نشره من مقالات السيناريوهات الاقتصادية الجديدة.
المقال الاندماج النووي: مشكلة الوقود وكيفية حلها يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .