الاندماج النووي:ما هو وأين نحن في

الاندماج النووي هو تفاعل يطلق الكثير من الطاقة ذات التأثير المنخفض.ولكن من الناحية العملية، لا تزال التكنولوجيا النووية النظيفة غير ناضجة.

ال'الطاقة النووية يدخل بشكل دوري الخطاب السياسي، كما مصدر طاقة نظيف ومنخفض الانبعاثات.أبعد من إيجابيات وسلبيات هذه التكنولوجيا، لبعض الوقت الآن موضوع الاندماج النووي.يتم تقديم الاندماج النووي على أنه "النووية النظيفة" لأنه، على عكس الانشطار النووي الذي يميز محطات الطاقة اليوم، فإنه سوف ينتج كميات غير محدودة تقريبا من الطاقة بدون انبعاثات غازات ضارة أو غازات دفيئة ومع إنتاج كميات محدودة من النفايات المشعة بما في ذلك التريتيوم.تم إنشاء حماس خاص من قبلالتجربة ناجحة في بداية عام 2022، نفذها فريق بحثي أوروبي في إنجلترا، الطارة الأوروبية المشتركة (جيت) التابعة لأكسفورد، وتم فيها اختبار نبضة من طاقة الاندماج النووي استمرت لمدة خمس ثوان على الأقل، أي ضعف مقارنة بالتجربة السابقة التي حدثت في عام 1997.هذه الأوقات الموصوفة للتو توضح مقدار ذلك البحث لا يزال متأخرا في تطوير تكنولوجيا الاندماج النووي.ثانية نكتة قديمة, الاندماج النووي هو ذلك الشيء الذي كان يعتقد لمدة خمسين عامًا أنه سيأتي في غضون ثلاثين عامًا.صحيح أن الاندماج النووي الخاضع للتحكم يمكن - من الناحية النظرية - حل مشاكل إمدادات الطاقة على الأرض، ولكنها تكنولوجيا في فجر تطورها, ، وبالتالي فهي وحدها غير قادرة على حل المشاكل التي تمليها إلحاح المناخ.

• ما هو الاندماج النووي
• كيف يعمل الاندماج النووي
• تاريخ الاندماج النووي والطاقة النووية النظيفة
• لأن الاندماج النووي لا يعمل بعد
• إذن ماذا عن الاندماج البارد؟

ما هو الاندماج النووي

الاندماج النووي، حسب التعريف، إنه تفاعل نووي حيث تتحد نواة ذرتين أو أكثر لتشكل نواة عنصر كيميائي جديد، بشكل أو بآخرعكس الانشطار النووي, رد فعل يحدث في أساس محطات الطاقة النووية اليوم، حيث تنقسم الذرة الثقيلة إلى قطعتين أو أكثر ذات كتلة أقل.ولكي يكون الاندماج ممكنا، فمن الضروري كمية كبيرة من الطاقة, قادرة على التغلب على التنافر الكهرومغناطيسي للنواة.

هذه العملية في قاعدة النجوم, بما في ذلك الشمس، وتم إعادة إنتاجها بشكل مصطنع لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي لتضخيم قوة القنبلة الذرية (ما يسمى بالقنبلة الهيدروجينية).منذ ستينيات القرن العشرين، أجريت العديد من التجارب لاستغلال الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي، إلا أن مشاريع من هذا النوع ما تزال قيد التنفيذ. لا يزال قيد الإنشاء.

كيف يعمل الاندماج النووي

كما ذكرنا فإن الاندماج النووي هو التفاعل الكيميائي الفيزيائي الذي يحدث في قاعدة النجوم حيث يوجد الغاز الساخن، البلازما, ، يتم الاحتفاظ بها محصورة ومتماسكة بواسطة قوة الجاذبية الخاصة بها.هذه ردود فعل على درجات حرارة عالية جدا, وبالتالي فإن المشكلة الرئيسية هي العثور على مادة قادرة على إبقاء البلازما المتولدة أثناء التفاعل محصورة.ردود الفعل الأكثر إثارة للاهتمام التي تم اختبارها حتى الآن هي تلك التي تنطوي على استخدام الديوتيريوم أو التي تستغل دورة الكربون والنيتروجين والأكسجين.وهي تفاعلات تنتج درجات حرارة أقل من تلك التي تولدها النجوم، وبالتالي لا يمكن استغلالها بعد لأغراض الطاقة.

التفاعل الأكثر دراسة منذ عقود، لاستخدام الاندماج في مفاعل محطة توليد الكهرباء لإنتاج الكهرباء، هو اندماج الديوتيريوم والتريتيوم, لأنه هو الذي يتطلب أدنى درجة حرارة (حوالي 200 مليون درجة).عيب هذا التفاعل هو إنتاج طاقة عالية جدًا، وبالتالي نيوترونات سريعة جدًا لا يمكن حصرها في مجال مغناطيسي.ولذلك تتفاعل النيوترونات بشكل كبير مع المادة المحيطة بها، مما يجعل المواد المستخدمة لحصر التفاعل، مثل الفولاذ أو الخرسانة المسلحة، مشعة.ولذلك فإن تنشيط هذه النيوترونات يتطلب التدريع الثقيل جدا (على سبيل المثال الرصاص).

وقد ركزت بعض التجارب على ردود الفعل "غير الإلكترونية"., لتجنب تكوين النيوترونات السريعة.لكن هذه المشاريع يجب أن تتعامل مع درجات حرارة أعلى:هناك تفاعل الهيليوم 3-الديوتيريوم, على سبيل المثال، يمكن أن تنتج 580 مليون درجة.بالمقارنة مع اندماج الديوتيريوم والتريتيوم، سيكون من الضروري زيادة شدة المجال المغناطيسي بمقدار 6 أضعاف، وبالتالي سعة الحبس، التي يمكن أن توفرها تكنولوجيا الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية.

داخل النجوم، الاندماج النووي هو من النوع الديوتيريوم الديوتيريوم والذي ينتج نيوترونات ذات طاقة أقل بكثير من المثالين السابقين، ولكن بدرجات حرارة أعلى.ومع ذلك، لاحتواء هذه الطاقة، هناك حاجة إلى مغناطيسات جديدة تعتمد على موصلات فائقة متقدمة بدرجة حرارة عالية، والتي لا يمكن تحقيقها تقنيًا بعد، إلا إذا تم ذلك من قبل. بضعة عقود.

على الرغم من أننا نتحدث عن درجات حرارة عالية جدًا، إلا أنه لم يتم وضع نظرية لمشاكل معينة تتعلق بالسلامة، بحسب العديد من الخبراء, ، لو كان هناك لكانوا أقل خطورة مقارنة بما يمكن أن يحدث في نظام الانشطار النووي الذي تؤدي تفاعلاته المتسلسلة إلى تضخيم الطاقة وبالتالي الحرارة المنتجة.

تاريخ الاندماج النووي والطاقة النووية النظيفة

يعود تاريخ التجربة الأولى إلى عام 1932 عندما قام مارك أوليفانت بدمج نظائر الهيدروجين الثقيلة في المختبر.أبحاث الانصهار للأغراض العسكرية بدأت في أوائل الأربعينيات كجزء من مشروع مانهاتن (برنامج بحث وتطوير أجرته الولايات المتحدة أدى إلى صنع القنابل الذرية) وفي عام 1952 تم استخدامه أول قنبلة H (في المصطلحات آيفي مايك وانفجرت في جزر مارشال، في جزيرة مرجانية لا تزال تستضيف قبة خرسانية بها نفايات مشعة من التجارب النووية تحتها).

على مدار الستين عامًا الماضية، بُذلت أيضًا جهود نظرية وتجريبية كبيرة لتطوير الاندماج النووي الأغراض المدنية بدلاً من الحرب أو توليد الكهرباء.حتى الآن، يتم تمثيل مفاعل الاندماج النووي الأكثر تقدما من قبل ايتر (المفاعل التجريبي النووي الحراري الدولي), مفاعل حلقي (دونات) يتم فيه الحفاظ على البلازما (عادة الهيدروجين) عند درجة حرارة عالية جدًا وضغط منخفض متماسكة وبعيدًا عن الجدران الداخلية بفضل المجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيس كهربائي خارج الغرفة.

يضم مشروع إيتر 35 دولة (بما في ذلك الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة والهند واليابان وكوريا الجنوبية وروسيا) بهدف بناء أول مفاعل تجريبي من هذا النوع كما هو الحال في كاداراش، في جنوب فرنسا. إيطاليا تشارك في Iter مع موقع اختبار في فراسكاتي.

بالإضافة إلى Iter، هناك مشروعان تجريبيان آخران، Sparc (التي تعد Eni أكبر مساهم فيها) وArc. ال المفاعل التجريبي الأول, المشروع العروض التوضيحية, ، إذا سار كل شيء وفقًا للخطة وفي حالة انقطاع شديد مقارنة بالتأخيرات السابقة، فمن الممكن أن يكون جاهزًا ليس قبل عام 2050. التجريبي هو في الواقع نموذج أولي لمفاعل لمحطة طاقة الاندماج النووي التي درسها اتحاد Eurofusion الأوروبي باعتباره الوريث المثالي لمفاعل Iter التجريبي.

لأن الاندماج النووي لا يعمل بعد

المشكلة الرئيسية منذ الستينيات وحتى الآن، وربما أيضًا في المستقبل المنظور، تتمثل في: صعوبة تحقيق توازن الطاقة الإيجابي من المفاعل.وفي الواقع، لم يكن من الممكن حتى الآن بناء مفاعل ينتج بشكل طبيعي أثناء تشغيله المستمر كهرباء أكثر مما تستهلكه لتشغيل المغناطيس وأنظمة الاحتواء المساعدة.

ليست مشكلة بسيطة يتعلق الأمر بالتكاليف:"إيتر"، المشروع الأكثر تقدما في مجال الاندماج النووي، توقع في البداية أن تبلغ تكلفته 13 مليار يورو لكن هناك من يدعي أنه يمكن أن يصل بسهولة إلى هذا الهدف. 30 مليار, ناهيك عن الحاجة إلى استخدام كمية هائلة من الطاقة للتمكن من مواصلة التجارب.

إذن ماذا عن الاندماج البارد؟

في 23 مارس 1989، في جامعة يوتا، أعلن عالما الكيمياء الكهربية مارتن فليشمان وستانلي بونس في مؤتمر صحفي تحقيق الاندماج النووي ليس في بلازما شديدة الحرارة يتم الحفاظ عليها عند ضغوط شديدة داخل مفاعلات هائلة ومعقدة، ولكن "في أنبوب اختبار", ، في درجة حرارة الغرفة.وافتتح العالمان موسم «الاندماج البارد» الذي وعد بإحداث ثورة في عالم الطاقة.وكما نعلم، لم تأت الثورة قط.لماذا؟

أولا، واحد معركة للحصول على براءة الاختراع قبل الآخرين، أدى ذلك إلى عدم دراسة الأبحاث بالكامل حتى يمكن تكرارها.السرعة التي نشر بها فليشمان وبونس النتائج لم تسمح بحل العديد من الحالات الشاذة التي ظهرت في مرحلة التصميم.لهذا، الانصهار البارد لم يتم إثبات ذلك أبدًا من قبل المجتمع العلمي ولم يصل أي نموذج أولي تجاري على الإطلاق.

في الختام، من المؤكد أن الاندماج النووي هو تكنولوجيا رائعة للغاية ذات إمكانات غنية.ولكن لا تزال هناك العديد من المشاكل على طول مسارها التطوري، ونظرًا لحالة الطوارئ المناخية المستمرة لا تزال أوقات التطوير بطيئة ومكلفة للغاية من أجل تمثيل حل صالح لقطاع الطاقة.