مُفاعل الاندماج النووي الألماني الهائل ينتُج أول بلازما هيدروجين

لقد قام العُلماء الألمان بتشغيل المُفاعل Wendelstein 7-X(W7X) بنجاح، وهو أكبر مُفاعل اندماج نووي من نوعه، وحصلوا على بلازما الهيدروجين لأول مرة السنة الماضية.

لماذا يعتبر هذا مُهمًّا؟ 
يُعتبَر إنتاج بلازما الهيدروجين المُفتاح الأساسي المُسخَّر لإنتاج طاقة نظيفة وغير محدودة عن طريق الاندماج النووي، وهي نفس الطاقة التي تُغذِّي الشمس في مجموعتنا الشمسية. في حال تمكَّن الباحثون من التحكُّم بالاندماج النووي، فإنَّ هذا سيؤدِّي إلى تغيير العالَم تمامًا, لأنّهُ سيؤدِّي لاستبدال الوقود الأُحفوري ومُنشآت الانشطار النووي بمصدر طاقة أرخص وأكثر فعاليَّةً واستدامة. يقول الفيزيائي John Jelonnek، من معهد Karlsruhe للتكنولوجيا، وأحد أعضاء الفريق البحثي: “إنَّهُ مصدرُ طاقة شديد النظافة, بل هو أكثر مصدر طاقة نظيف يُمكِن أن نتمنَّاه, ونحنُ لنفعلُ هذا من أجلنا بل من أجل أطفالنا وأحفادنا”. يعتمد مصدر الطاقة في مُفاعلات الانشطار النووي على المُنشآت النووية الموجودة حاليًا، والتي تولِّد الطاقة عن طريق انشطار نواة الذرة إلى نيوترونات ونويات أصغر, ويعتبر الانشطار النووي فعَّالًا بشكل خارق، حيثُ أنَّ كميَّة الطاقة المُتحرِّرة من وحدة الكتلة أكثر كفاءة بملايين المرَّات مُقارنةً بالفحم, لكن هذه المُفاعلات الانشطارية تحتاج لإدارة مُكلِّفة وحذرة جدًّا لإدارة النفَّايات الإشعاعيَّة الخطيرة.

أمَّا الاندماج النووي من جهة أُخرى فينتجُ كميَّات ضخمة من الطاقة عند اندماج النوى مع بعضها في درجات حرارة عالية بشكلٍ لا يُصدَّق، ولكنَّها لا تنتج أيَّة نفَّايات مُشعَّة أو نواتج ثانويَّة غير مرغوبة. إنَّ الاندماج النووي هو الطريقة التي تُزوِّد بها الشمس بالطاقة مُنذُ ما يُقارِب (4.5) بليون سنة، وهذا يعني أنَّهُ في حال سخَّرنا هذه الطاقة، فإنَّ البشريَّة ستكون قد أمَّنت الطاقة الكافية طول فترة بقائها. هنا تُعتبَر كلمة “في حال” كبيرة جدًّا، لأنَّ العُلماء قد بقوا يعملون على هذه التقنية مُنذُ سِتَّة عُقود، ومازال الباحثون يتعاملون مع الكثير من العَقبات الكبيرة. إنَّ إحدى المشاكل تَكمُن في تحقيق عملية التحكُّم بالاندماج النووي، حيثُ أنَّنا بحاجة لإعادة خلق الظروف الموجودة داخل الشمس، أي بناء آلة قادرة على إنتاج ومُعالجة كُرةً من غاز البلازما بحرارة (100) مليون درجة سيليزيوس. قام الباحثون في معهد “ماكس بلانك” لفيزياء البلازما في ألمانيا في تشرين الثاني (نوفمبر) الماضي، بتشغيل مُفاعلهُم ذي البليون دولار للمرَّة الأُولى، وتمكَّنوا بنجاح من إنتاج نُقطًا شديدة الحرارة من بلازما الهليوم، وكانت تلك هي المرَّة الأُولى التي يتمُّ فيها إنتاج والحفاظ على غاز البلازما.

إنَّ تجرُبة الهليوم كانت عظيمة كدليلٍ على إمكانية نجاح هذا المفهوم الفيزيائي, لكن الهيدروجين يَطلق طاقةً أكبر، إلا أنَّهُ يحتاج لطاقة أكبر لتسخينه, وقد صرَّح الفريق البحثي باستخدام ناجح لإشعاعات الميكروويف بطاقة (2) ميغا واط فقط، وتمكُّنهم من تسخين غاز الهيدروجين إلى حرارة (80) مليون درجة لمدة رُبع ثانية, وقد يبدو هذا وقتًا قصيرًا، ولكن مرَّة أُخرى يُعتبَر ذلك إثباتًا لهذا المفهوم الفيزيائي, ويقول الفريق الفيزيائي أنَّهُ بالإمكان تسخين غاز الهيدروجين لحرارة (100) مليون درجة والحفاظ على البلازما لفترة أطول. إنَّ الأبحاث على بلازما الهيدروجين ستستمرُّ حتى شهر آذار، وعندها سيتمُّ تركيب طبقات عازلة كربونيَّة ومُباعد داخل المُفاعل للتخلص من الشوائب, كما سيتمُّ زيادة طاقة تسخين البلازما بأشعة الميكروويف إلى (20) ميغا واط للسماح للبلازما بالبقاء حتى (30) دقيقة. يقول الفريق أنَّ مُفاعل W-X stellerator لم يُصمَّم حقيقةً لإنتاج الطاقة باستخدام الاندماج النووي، بل إنَّ دوره بكُلِّ بساطة هو إثبات أنَّ هذا مُمكن الحصول.
يقول Hans-stephan Bosch، وهو أحد أعضاء الفريق: “في المرحلة الأخيرة من W-X عام 2019، سيتمُّ استخدام الدوتيريوم، وسيتمُّ إحداث تفاعُل اندماج نووي، ولكن ليس بشكلٍ كافٍ لإطلاق طاقة أعلى من الطاقة المبذولة لإحداث الاندماج”. حاليًا هُناك تنافُس رسمي بين W-X و ITER، وهو مُفاعل الاندماج النووي الضخم الفرنسي، وهو يعمل أيضًا على حجز البلازما لفترة كافية لحصول الاندماج النووي.
________
ترجمة: محمد مهنا
مُراجعة: Mohamed Mamdouh

مصدر