مفاعل الاندماج النووي الصيني يدفع البلازما إلى ما هو أبعد من الحد الحاسم ماذا سيحدث بعد ذلك؟

أفاد باحثون يعملون في “الشمس الاصطناعية” في الصين بكسر العتبة المقبولة منذ فترة طويلة والتي حدت من تشغيل مفاعلات الاندماج النووي لعقود من الزمن.

توكاماك فائق التوصيل التجريبي المتقدم في الصين (EAST) هو مفاعل أبحاث الاندماج النووي في مدينة خفي. ويأمل الباحثون أن ينتج يومًا ما طاقة نظيفة وغير محدودة تقريبًا عن طريق تكرار عمليات الاندماج التي تزود الشمس بالطاقة.

في مفاعلات الاندماج، يتم ضغط الذرات خفيفة الوزن تحت ضغط شديد وحرارة لتكوين ذرات أثقل. تطلق هذه العملية الطاقة، ولكن يجب تحسينها بعناية بحيث ينتج المفاعل طاقة أكثر مما يستهلك.

أحد تصميمات المفاعلات الواعدة، توكاماك، يحصر البلازما داخل غرفة على شكل كعكة الدونات باستخدام المجالات المغناطيسية. ثم يتم تسخين البلازما. للحفاظ على تفاعلات الاندماج، يجب أن تصل البلازما إلى كثافة عالية للغاية، مما يعني أنه يجب تعبئة العديد من الجزيئات في حجم صغير.

لكن الباحثين اعتقدوا أن البلازما لا يمكن أن تتجاوز كثافة معينة دون أن تصبح غير مستقرة. كان هذا الحد الأعلى – المعروف باسم حد جرينوالد – بمثابة عائق كبير أمام أبحاث الاندماج، وخاصة بالنسبة للأجهزة من نوع توكاماك.

في ورقة نشرت في 1 يناير في علوم السلف¹أفاد العلماء العاملون على جهاز EAST الصيني بدفع كثافات البلازما إلى ما هو أبعد من هذا الحد، محققة كثافات أعلى بنسبة 30% إلى 65% من تلك التي يصل إليها عادةً EAST.

يقول جيرونيمو أولايا، عالم فيزياء البلازما الاندماجية في اللجنة الفرنسية للطاقات البديلة والطاقة الذرية في سان بول ليز دورانس: “هذه النتائج واعدة جدًا، وينبغي استكشافها في أجهزة توكاماك أخرى”.

شوائب أقل

في عام 2021، اقترح المؤلف المشارك في الدراسة دومينيك إسكاند، عالم فيزياء البلازما في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا، وزملاؤه لأول مرة² أنه يمكن تجاوز حد غرينوالد عن طريق ضبط الظروف بحيث تكون البلازما والجدار الداخلي للمفاعل في حالة مستقرة ومعززة بشكل متبادل.

استخدم فريق EAST أفران ميكروويف عالية الطاقة لرفع درجة حرارة الوقود الأولي المستخدم لتوليد البلازما بطريقة أكثر كفاءة بطريقة أكثر كفاءة من الطرق التقليدية. أدى هذا إلى تقليل عدد الذرات المعدنية التي تم تساقطها من الجدران الداخلية للتوكاماك واختلطت بالبلازما. يعني انخفاض الشوائب إشعاعًا غير مرغوب فيه أقل، مما يساعد البلازما على البقاء مستقرة حتى مع زيادة كثافتها.

كما قام الباحثون بحقن كمية كبيرة من الغاز المحايد في الغرفة. وقد وفر هذا المزيد من الوقود للبلازما للوصول إلى كثافات عالية لاحقًا في التجربة، مع تبريد المنطقة القريبة من الجدران في نفس الوقت وتقليل إنتاج الشوائب.