ما هي أهمية الاندماج النووي الذي تحقق في الولايات المتحدة

الاندماج النووي ، أصبح اختراق علمي تاريخيا وصدم الكوكب: أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية أنه ، لأول مرة ، تمكن العلماء الأمريكيون من توليد الطاقة من خلال الاندماج النووي.

لعقود من الزمان ، سعت البشرية إلى تحقيق هذه الطريقة لتوليد طاقة رخيصة وغير ملوثة وغير محدودة. ولكن ما هو ، ما يكمن في أهميته؟ ولماذا هو إنجاز يمكن أن يغير العالم؟

هذا الاختراق هو نقطة تحول في مستقبل الكوكب. ولكن قبل فهم سبب كونها علامة فارقة ، من الأهمية بمكان – ومن المثير – فهم العملية ولماذا كان من الصعب تحقيقها.

وقالت الوكالة الدولية للطاقة الذرية “ببساطة، الاندماج النووي هو العملية التي تتحد من خلالها نواتان ذريتان خفيفتان لتشكيل نواة واحدة أثقل وتنبعث كميات هائلة من الطاقة في نفس الوقت”.

في هذه المرحلة ، فإن أفضل طريقة لشرح الإنجاز هي استخدام تشبيه بسيط. وسيكون من الممكن مقارنة النوى الذرية بقطرات الماء التي ، عند تجميعها معا ، تشكل بحيرة عملاقة وعميقة. نعم ، هذا هو مدى إعجاب التغيير الذي يثيره.

ما هو الاندماج النووي؟

تسعى هذه الطريقة إلى تكرار ما يحدث في الكون على الأرض. سلوك مميز للشمس والنجوم ، والذي عند تنفيذه على كوكبنا يمكن أن يطلق “كميات غير محدودة عمليا من الطاقة النظيفة والآمنة وبأسعار معقولة لتلبية الطلب العالمي على الطاقة”. اليوم ، اتخذ هذا الشوق خطوته الأولى نحو أن يصبح حقيقة ستمنح البشرية أفقا جديدا.

ومع ذلك ، لكي تتحقق ، من الضروري أن يتم تنفيذ كل خطوة بطريقة معينة. هو أن “تفاعلات الاندماج تحدث في حالة من المادة تسمى البلازما: غاز ساخن ومشحون ، يتكون من أيونات موجبة وإلكترونات حرة الحركة ، وله خصائص فريدة تميزه عن المواد الصلبة والسوائل والغازات”.

باستخدام تشبيه آخر ، يختلف عن تشبيه قطرات الماء ، يمكننا أن نناشد الخيال. يمكن أن تكون هذه المرحلة مرتبطة بحلبة رقص (تمثل الغاز الساخن) تحتوي فيها على جزيئات ذات خصائص محددة (أيونات وإلكترونات) “ترقص” فيها ، لأنها مختلفة تماما عن بقية المادة المحيطة بها ، تتحرك بحرية.

ومع ذلك ، من أجل تحقيق الاندماج النووي ، “تحتاج النوى إلى الاصطدام ببعضها البعض في درجات حرارة عالية جدا ، أكثر من 10 ملايين درجة مئوية ، مما يسمح لها بالتغلب على تنافرها الكهربائي المتبادل”. استمرارا للتشبيه ، يجب تغيير الموسيقى حتى تصطدم هذه الجسيمات ببعضها البعض.

أي أن ما يمكن تمثيله في الأرجنتين على أنه «بوجو» يجب أن يحدث. الآن ، من أجل تحقيق الاندماج النووي ، يجب أن ترقص هذه الجسيمات على مسار عند درجة حرارة عالية جدا ، أقل بقليل من تلك المسجلة في مركز الشمس.

وقالت الوكالة “بمجرد أن تتغلب النوى على هذا التنافر وتكون على مسافة قصيرة جدا من بعضها البعض ، فإن القوة النووية الجذابة بينها ستكون أكبر من التنافر الكهربائي وستكون قادرة على الاندماج”. لشرح هذه النقطة ، يمكن استخدام صورة مرئية أخرى: المغناطيس.

الأقطاب المتساوية تتنافر بعضها مع بعض وهذا هو السلوك الذي توضحه هذه النوى. ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة في بيئتها ، تتغير قطبية أحدها وتجذب.

على أي حال ، هناك عائق آخر ، الفضاء الذي هم فيه. إنه لكي يحدث الاندماج النووي ، “يجب أن تكون النوى محصورة في مساحة صغيرة ، حيث تزداد فرص الاصطدام”. أي أنه يجب تلخيص حلبة الرقص إلى بضعة سنتيمترات فقط.

باختصار ، لكي يحدث الاندماج النووي ، لا يلزم وجود نواتين فحسب ، بل يجب أن تكون درجة الحرارة “ضخمة” ويجب أن يكون القرب بينهما ضئيلا ، بحيث لا يتنافران بعضهما البعض بل يجذبان بعضهما البعض.

إذا تم تحقيق كل هذه الظروف، وفقط في ذلك الوقت، يمكن لهذه النوى (قطرات الماء) أن تتوسع لتشكيل هذه البحيرة الهائلة والعميقة، لأن الاندماج النووي ينتج «كمية عالية جدا من الطاقة، أعلى بأربع مرات من تفاعلات الانشطار النووي»، أكدوا من الوكالة الدولية للطاقة الذرية.

أما بالنسبة للمكونات المستخدمة في هذه العملية التي حققت معلمها الأول، فقد أشاروا من المنظمة الدولية إلى أنه يتم استخدام «مزيج من الديوتيريوم والتريتيوم، وهما نوعان ثقيلان من الهيدروجين»، والتي، مع بضعة جرامات فقط، «يمكن أن تنتج تيراجول من الطاقة، وهو ما يعادل إلى حد ما احتياجات الطاقة لشخص في بلد متقدم على مدى ستين عاما».

“وقود الاندماج وفير ويمكن الوصول إليه بسهولة: يمكن استخراج الديوتيريوم من مياه البحر اقتصاديا ، ويمكن إنتاج التريتيوم من الليثيوم ، الموجود بكميات كبيرة في الطبيعة.”

وبما أنه، بالإضافة إلى ذلك، عندما يحدث ذلك «لا ينبعث ثاني أكسيد الكربون أو غازات الدفيئة الأخرى في الغلاف الجوي، لذلك يمكن أن يسهم في التخفيف من تغير المناخ في المستقبل»، وكما لو أن ذلك لم يكن كافيا، «من المستحيل عمليا أن ينتج مفاعل الاندماج حادث اندماج في القلب»، الذي، وفقا للوكالة الدولية للطاقة الذرية ، فهي أكثر أمانا.

الجدول الزمني لمعلم تاريخي

منذ ما يقرب من قرن من الزمان ، فهمت البشرية ما يدور حوله الاندماج النووي. بتعبير أدق ، منذ 1930s ، سعى العلماء في أجزاء مختلفة من العالم إلى طرق لإعادة إنشاء وتسخير هذه الطريقة لتوليد الطاقة.

على الرغم من أن هذه المحاولات ظلت سرية في البداية ، نظرا للأهمية الكبيرة التي يمكن أن تتمتع بها في استقلال الطاقة في البلدان ، إلا أنها لم تتحقق أبدا. فقط عندما تم تحديده للقيام بعمل مشترك ومشترك تم تحديد التقدم الذي أفسح المجال لهذا المعلم التاريخي.

وفقا للوكالة الدولية للطاقة الذرية ، كان في “مؤتمر الأمم المتحدة الدولي الثاني حول الاستخدامات السلمية للطاقة الذرية ، الذي عقد في جنيف ، سويسرا ، في عام 1958 ، أن العلماء قدموا للعالم أبحاث الاندماج النووي”.

منذ تلك اللحظة ، تم وضع هذا الكيان الدولي في مركز الدراسات العلمية من أجل تحقيق هذه الطريقة لتوليد الطاقة النظيفة.

وقالت المنظمة الدولية: “بعد عقدين من المفاوضات بشأن تصميم وموقع أكبر منشأة اندماج في العالم، تم إنشاء ITER (المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي) في فرنسا في عام 2007 بهدف إثبات أنه من الممكن علميا وتكنولوجيا إنتاج طاقة الاندماج”، وشددت على أن الهدف من هذه التكنولوجيا هو “تلبية احتياجات هذه التكنولوجيا”. طاقة البشرية لملايين السنين”.

ما هي أهم نقاط الاندماج النووي الذي حدث في الولايات المتحدة

خلال ظهر يوم الثلاثاء ، وصل علماء من الحكومة الأمريكية إلى ما كان الرغبة فقط. مع مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا كخلفية ، حقق الخبراء ، لأول مرة ، مكاسب صافية للطاقة. أي أنه تم إنتاج طاقة أكثر من تلك المستخدمة لدفع التفاعل النووي.

على وجه الدقة ، أنتج تفاعل الاندماج في المختبر الأمريكي حوالي 2.5 ميغا جول من الطاقة ، والتي تمثل 120٪ من 2.1 ميغا جول من الطاقة في الليزر ، وبالتالي تحقيق الكسب الصافي.

تم تحقيق الاختراق في NIF (مرفق الإشعال الوطني) التابع لمختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ، بالقرب من سان فرانسيسكو. حيث تم توليد الطاقة من خلال ما كان يسمى “الاندماج النووي الحراري بالقصور الذاتي”.

بعبارة أخرى ، أطلق العلماء الأمريكيون كريات من وقود الهيدروجين من خلال 200 ليزر لإنشاء 50 انفجارا في الثانية. نظرا لأن NIF يعتبر أقوى ليزر في العالم ، حيث تبلغ طاقة خرج 500 تيراواط ، وهو رقم يتجاوز كل طاقة الولايات المتحدة المستخدمة “في أي لحظة من الزمن”.

ومع ذلك، على الرغم من هذه الأخبار المثيرة للإعجاب، قال أستاذ الهندسة النووية ديفيد هامر، من جامعة كورنيل (نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية)، ل EFE أن هذا المشروع «أثبت أنه هدف صعب للغاية لتحقيقه، فقد استغرق ثلاثة عشر عاما بدلا من ثلاثة» (التقديرات التي أدلى بها العلماء في البداية)، وشدد على أنه في السنوات الأخيرة حققت فرق NIF تقدما مهما في فهم كيفية تحفيز تفاعلات الاندماج.

هذا هو السبب في أنه حذر من أنه لا يزال هناك “طريق للذهاب”. وقال: “لا تزال الشركة بحاجة إلى الرغبة في جلب هذه التكنولوجيا إلى سوق الكهرباء لتحويل NIF إلى نظام مصمم لإنتاج الطاقة الصافية”.

توقع روبرت فيدوسييف، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة ألبرتا (كندا)، الذي عمل على تطوير أنظمة الليزر لأبحاث الاندماج، أن تكون الخطوة التالية هي زيادة أداء تفاعلات الاندماج لتوليد الطاقة ليس فقط لتشغيل المفاعل، ولكن لتشغيل المفاعل. ولكن أيضا لتزويد الشبكة العامة بالطاقة الكهربائية الصافية.

وقال: “سيتطلب المضي قدما جهودا علمية وهندسية هائلة لتحقيق هدف نظام مفاعل فعال، لكننا نعلم الآن لأول مرة أن توليد طاقة الاندماج الصافي بطريقة خاضعة للرقابة أمر ممكن، مما يعطي أملا كبيرا لهذه الطاقة المستقبلية”.

بينما قدر هامر أنه لا تزال هناك عشر سنوات ، أو أكثر ، قبل أن تتمكن النتائج العلمية في مجال الاندماج ، بما في ذلك هذا المجال ، من توفير الكهرباء لشبكة البلدان ، على الرغم من أنه اعترف بأنه من الممكن أن تساهم في تقليل استخدام الوقود الأحفوري.

لماذا يمكن أن يكون الاندماج طفرة في الطاقة النظيفة؟

الاندماج النووي هو التكنولوجيا التي لديها القدرة ، في يوم من الأيام ، على تسريع تحرك الكوكب بعيدا عن الوقود الأحفوري ، الذي يعد مساهما رئيسيا في تغير المناخ. إنه أن هذا المصدر الجديد للطاقة رخيص وخالي من الكربون ولا حدود له تقريبا.

يحدث التفاعل عندما تندمج نواتان خفيفتان معا لتكوين نواة واحدة أثقل. نظرا لأن الكتلة الكلية لتلك النواة المفردة أقل من كتلة النواتين الأصليتين ، فإن الكتلة الزائدة هي الطاقة التي يتم إطلاقها في هذه العملية ، وفقا لوزارة الطاقة.

حتى أنهم أشاروا إلى أن اختيار دمج زوج من نظائر الهيدروجين (الديوتيريوم والتريتيوم) كان لأن هذا المزيج المعين يطلق “طاقة أكثر بكثير من معظم تفاعلات الاندماج” ويتطلب حرارة أقل للقيام بذلك.

ما هي قيمة هذا لمستقبل الكوكب؟

وقال دانيال كامين، أستاذ الطاقة والمجتمع في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، إن الاندماج النووي يوفر إمكانية الحصول على وقود “غير محدود بشكل أساسي” إذا كان من الممكن جعل التكنولوجيا مجدية تجاريا.

بالإضافة إلى ذلك ، إنها عملية لا تنتج النفايات المشعة من الانشطار النووي.

التحدي الكبير هو الاحتفاظ بها لفترة كافية حتى تتمكن من تشغيل شبكات الطاقة وأنظمة التدفئة في جميع أنحاء العالم.

هناك العديد من مشاريع الاندماج في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وأوروبا. تستضيف فرنسا المفاعل التجريبي النووي الحراري الدولي ، الذي تتعاون فيه خمسة وثلاثون دولة ، بما في ذلك الأعضاء الرئيسيون الصين والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وروسيا والهند واليابان وكوريا الجنوبية.

المصدر / infobae