رقم قياسي جديد لمركبة التغستن توكاماك الجديدة: ست دقائق من الاندماج النووي

سجل مفاعل توكاماك المبطن بالتنغستن، والذي تديره اللجنة الفرنسية للطاقات البديلة والطاقة الذرية (CEA)، رقمًا قياسيًا جديدًا في مجال الاندماج، حيث حافظ على البلازما لمدة ست دقائق وحقنها بـ 1.15 جيجا جول من الطاقة .

وأكد مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) ومقره الولايات المتحدة هذه القياسات في بيان صحفي.

الاندماج النووي هو حرفيًا مصدر الطاقة الأكثر توقعًا والذي يأمل في الوصول إلى السوق. وعلى عكس نظيرتها الانشطارية، فإن هذه التكنولوجيا لا تولد نفايات نووية يجب التخلص منها بشكل صحيح، وهي مصدر طاقة موثوق به وخالي من الكربون ويمكن تشغيله وإيقافه حسب الرغبة. المشكلة الوحيدة في اندماج الديوتيريوم والتريتيوم هي انبعاث النيوترونات.

داخل مفاعلات على شكل كعكة دائرية تسمى توكاماك ، يقوم العلماء بخلق ظروف تفاعل تشبه تلك الموجودة في الشمس. يتم تسخين الهيدروجين إلى 50 مليون درجة مئوية لإنشاء الحالة الرابعة للمادة، وهي البلازما.

التحدي الذي يواجه جعل هذه التكنولوجيا مجدية اقتصاديًا هو توليد إنتاج طاقة أكبر بكثير من ذلك المستخدم لتوليد البلازما. ويتفق العلماء على أن الطريقة لتحقيق ذلك هي حبس البلازما لفترات طويلة، والمعروفة أيضًا باسم الجرعات، وتغليف التوكاماك بالتنغستن، وهو ما يمكن أن يساعد.

توكاماك مطلي بالتنغستن

تستكشف CEA استخدام التنغستن في تفاعل الاندماج في بيئة التنغستن (W) في مفاعل توكاماك ذو الحالة الثابتة (WEST) في فرنسا. استخدمت مفاعلات الاندماج التي حققت طفرات أطول في الماضي الجرافيت على جدران المفاعل.

في حين أن المواد المعتمدة على الكربون أسهل في العمل بها، إلا أنها قد لا تكون مجدية بالنسبة للمفاعلات واسعة النطاق، لأنها تحبس الوقود في الجدران. في المقابل، لا يحتفظ التنغستن بالوقود، لكن يصعب العمل به لأنه يمكنه تبريد البلازما بسرعة حتى لو دخلت إليه كمية صغيرة.

وبمقارنة المادتين، قال لويس ديلجادو أباريسيو، كبير علماء أبحاث الفيزياء في PPPL: "هذا هو، بكل بساطة، الفرق بين محاولة الحصول على قطة منزلية ومحاولة مداعبة الأسد الأكثر وحشية".

يعمل توليو باربوي ونوفيمير بابلانت ولويس ديلجادو أباريسيو على اكتشاف الاندماج

تشخيص مبتكر

يمكن أن تفشل الأدوات التقليدية عند العمل مع مثل هذه المواد الصعبة. تقوم شركة DECTRIS السويسرية بإنتاج أداة تشخيصية بالأشعة السينية لقياس إشعاع البلازما. يمكن لهذه الأداة أن تساعد الباحثين في تحديد خصائص مثل درجة حرارة البلازما المركزية.

مستويات الطاقة يمثل كل منحنى كثافة مختلفة عن كل قراءة لمستوى الطاقة. لاحظ أن محور الإحداثي الرأسي يمثل عدد الأعداد، حيث يقترب العدد الأعلى من 6×105 أو 600000 فوتون من ضوء الأشعة السينية.

في حين تم إعداد هذه الأداة لاستخدام جميع وحدات البكسل الخاصة بها لقياس مستويات الطاقة في وقت واحد، قام باحثو PPPL بتكوينها أيضًا بحيث يتمكن كل بكسل من قياس مستويات الطاقة بشكل مستقل.

استخدم باحثو PPPL هذه الأداة التشخيصية التي تم تكوينها حديثًا لتأكيد ظروف التفاعل في الغرب.

خلال هذه التجربة، أكد الباحثون أن البلازما لديها طاقة أكبر بنسبة 15% وكثافة مضاعفة عن ذي قبل، وكلاهما شرطان ضروريان لتوليد طاقة موثوقة.

“ خلال ست دقائق من التصوير، تمكنا من قياس درجة حرارة الإلكترون المركزي بشكل جيد للغاية. وكانت في حالة مستقرة جدًا تبلغ حوالي 4 كيلو فولت. وقال توليو باربوي، وهو باحث في PPPL مشارك في هذا العمل: " لقد كانت نتيجة رائعة جدًا ".

" يتمتع هذا الكاشف بقدرة فريدة يمكن تهيئتها لقياس نفس البلازما بأي عدد من الطاقات حسب الرغبة ."

وأضاف عالم CEA كزافييه ليتاودون في البيان الصحفي: " إن تشغيل هيكل بجدار التنغستن أمر صعب للغاية ".

" ولكن بفضل هذه القياسات الجديدة، سيكون لدينا إمكانية قياس ظروف التنغستن داخل البلازما وفهم تحركات التنغستن من الجدار إلى قلب البلازما" .

ويخطط الباحثون لنشر نتائجهم في الأسابيع المقبلة.

المقال رقم قياسي جديد للتوغستن توكاماك الجديد: ست دقائق من الاندماج النووي تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .