وصل علماء الولايات المتحدة إلى معلم رئيسي في محاولاتهم لإتقان عملية يمكن أن توفر إمدادات غير محدودة تقريبًا من الطاقة.
نشرت :14 ديسمبر 2022
بقلم إسمي ستالارد..بي بي سي نيوز المناخ والعلوم
د. سالم موسى القحطاني
وصل علماء الولايات المتحدة إلى معلم رئيسي في محاولاتهم لإتقان عملية يمكن أن توفر إمدادات غير محدودة تقريبًا من الطاقة.
لا يعتمد الاندماج النووي على الوقود الأحفوري أو ينتج غازات دفيئة ضارة ، لذلك يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف أيضًا في معالجة تغير المناخ.
ما هو الاندماج النووي؟
الاندماج النووي هو العملية التي تعطي الشمس طاقتها.
يحاول العلماء من أكثر من 50 دولة إعادة إنشائه على الأرض منذ الستينيات. ويأملون في أن يتمكنون في نهاية المطاف من توفير كميات هائلة من الطاقة النظيفة للعالم.
في الاندماج النووي ، يتم تسخين أزواج من الجسيمات الدقيقة تسمى الذرات وإجبارها معًا على تكوين وحدة أثقل.
إنه عكس الانشطار النووي ، حيث تنقسم الذرات الثقيلة. تستخدم محطات الطاقة النووية حاليًا الانشطار النووي لتوليد الكهرباء.
لماذا الاندماج النووي مهم جدا؟
ينتج الانشطار النووي الكثير من النفايات المشعة ، والتي يمكن أن تكون خطيرة ويجب تخزينها بأمان - ربما لمئات السنين.
النفايات الناتجة عن الاندماج النووي أقل نشاطًا إشعاعيًا وتتحلل بسرعة أكبر.
لا يحتاج الاندماج النووي إلى أنواع الوقود الأحفوري مثل النفط أو الغاز. كما أنه لا يولد غازات دفيئة، التي تحبس حرارة الشمس وبالتالي تكون مسؤولة عن تغير المناخ.
تستخدم معظم تجارب الاندماج الهيدروجيني، والذي يمكن استخراجه بثمن بخس من مياه البحر والليثيوم، مما يعني أن إمدادات الوقود يمكن أن تستمر لملايين السنين.
وقد وصفت بأنها "الكأس المقدس" لإنتاج الطاقة.
كيف يعمل الاندماج النووي؟
عندما يتم تسخين ذرتين من عنصر خفيف مثل الهيدروجين وتتحدا لتكوين عنصر واحد أثقل مثل الهليوم ، ينتج التفاعل النووي كميات هائلة من الطاقة التي يمكن التقاطها.لكن من الصعب جدًا الجمع بين عنصرين متطابقين.نظرًا لأن لديهما نفس الشحنة الموجبة، فإنهما يتنافران بشكل طبيعي.
هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة للتغلب على هذه المقاومة.
يحدث هذا في الشمس بفضل درجات الحرارة المرتفعة للغاية التي تصل إلى حوالي عشرة ملايين درجة مئوية، والضغط الكبير - أكثر من 100 مليار مرة من الغلاف الجوي للأرض.
على الأرض ، استخدم العلماء تقنيات مختلفة لمحاولة إعادة إنشاء هذه الظروف.
ولكن ثبت أنه من الصعب للغاية الحفاظ على درجة الحرارة المرتفعة والضغط اللازمين لفترة كافية.
أعلنت منشأة الإشعال الوطنية الأمريكية (NIF) أنها استخدمت بنجاح ليزرًا من 192 شعاعًا لتحويل كمية ضئيلة من الهيدروجين إلى طاقة كافية لتشغيل حوالي 15 إلى 20 غلاية.
هذا يعني أنه - لأول مرة - تمكن العلماء من توليد طاقة أكثر من الليزر المستخدم في التجربة.
متى سيكون الاندماج النووي على نطاق واسع ممكنًا؟
على الرغم من سلسلة من الإنجازات الواعدة في السنوات القليلة الماضية ، لا يزال الاندماج النووي على نطاق واسع بعيدًا عدة سنوات.
مفاعل الاندماج النووي في مختبر JET في المملكة المتحدة
في فبراير، حطم العلماء الأوروبيون في مختبر JET في المملكة المتحدة الرقم القياسي العالمي لكمية الطاقة المنتجة خلال خمس ثوان.ولكن حتى تجربة NIF الناجحة في الولايات المتحدة لم تنتج طاقة أكثر مما هو مطلوب لجعل الليزر يعمل في المقام الأول - وقد كلف برنامج البحث للوصول إلى هذه النقطة مليارات الدولارات.
على الرغم من أن علماء الفيزياء رحبوا بالنتائج الأمريكية - ووصفوها بأنها لحظة اختراق حقيقية - فإنهم يشيرون إلى أن هناك حاجة إلى المزيد من العمل قبل أن يتم استخدام الاندماج النووي لتزويد المنازل أو الشركات بالطاقة.
الان سيركز العلماء على إعادة إنتاج الاندماج بسرعة أكبر وبتكلفة منخفضة.
ما مدى أمان الاندماج النووي؟
وصفت الوكالة الدولية للطاقة الذرية الاندماج النووي بأنه "آمن في جوهره".
الشروط المطلوبة لبدء تفاعل الاندماج والحفاظ عليه شديدة لدرجة أنه من المستحيل أن يخرج عن نطاق السيطرة.
أوضحت سهيلا غونزاليس دي فيسنتي من الوكالة الدولية للطاقة الذرية أن "الاندماج هو عملية ذاتية التحديد: إذا لم تتمكن من التحكم في رد الفعل ، فإن الآلة تغلق نفسها".
كما أن المستوى المنخفض للنفايات المشعة الناتجة عن العملية مقارنة بالانشطار النووي أسهل بكثير في التعامل معه وتخزينه.
هل يمكن أن يساعد الاندماج النووي في معالجة الاحتباس الحراري؟
لا يعتمد الاندماج النووي على الوقود الأحفوري مثل النفط أو الغاز ، ولا ينتج أيًا من الغازات الدفيئة التي تؤدي إلى الاحتباس الحراري.
على عكس الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، فهي لا تعتمد على الظروف الجوية المفيدة.
تستخدم مادتين متوفرتين نسبيًا على الأرض: الليثيوم والهيدروجين.
يمكن أن يساعد الاستخدام الواسع النطاق للاندماج النووي البلدان على تحقيق أهدافها لإنتاج انبعاثات "صفرية صافية" بحلول عام 2050.
ومع ذلك ، سوف تمر سنوات عديدة قبل أن يتم توسيع نطاق النجاحات التجريبية الأخيرة بشكل هادف.
المصدر https://www.bbc.com/news/science-environment-63957085
