لأول مرة تم عرض لقطات ملونة للبلازما داخل مفاعل الاندماج

العلماء من طاقة توكاماك اتخذت خطوة نحو مستقبل الطاقة النظيفة من خلال عرض صور ملونة لأول مرة للبلازما داخل مفاعل الاندماج. تصويرهم بالكاميرات عالية السرعة 16.000 إطار في الثانية، التقطت هذه الصورة كيف تتفاعل البلازما، وهي مادة ساخنة تشبه النجم الصغير، مع المواد. هذا الاكتشاف يجعلنا أقرب إلى إنشاء محطات توليد الطاقة الاندماجية، والتي يمكن أن توفر مصدرًا للطاقة لا نهاية لها تقريبًا وصديقة للبيئة.

كيفية التقاط نجم

الاندماج النووي هو العملية التي تزود النجوم مثل شمسنا بالطاقة. داخل توكاماك ST40 الكروي، وهو الأقوى في فئته، يقوم العلماء بإنشاء البلازما – وهو غاز يتم تسخينه إلى عشرات الملايين من الدرجات، حيث تفقد الذرات الإلكترونات وتبدأ في الاندماج، وإطلاق الطاقة. تتيح لنا الكاميرا الجديدة معرفة كيفية تصرف البلازما في هذه الظروف القاسية وتساعد في التحكم بها.

تلتقط الكاميرا التوهج الوردي الساطع الذي يحدث عندما يتم حقن الديوتيريوم، وهو شكل من الهيدروجين الذي يعمل كوقود للتفاعل، في البلازما. ويذكرنا هذا التوهج بعلامة النيون، ولكنه أكثر سخونة بملايين المرات. تفاصيل مهمة أخرى – حبيبات الليثيوم بحجم حبات الرمل. وعندما تصطدم بالحواف الباردة للبلازما، فإنها تتوهج باللون الأحمر القرمزي، مثل سماء غروب الشمس. بالتغلغل بشكل أعمق في النواة الساخنة، يفقد الليثيوم إلكترونًا، ويصبح أيونًا (Li⁺)، ويبدأ في إصدار ضوء أصفر مخضر، على غرار الألعاب النارية. تتحرك هذه الخطوط الخضراء على طول المجالات المغناطيسية التي تحمل البلازما مثل القضبان غير المرئية.

تقول الفيزيائية لورا تشانغ: “تعتبر الكاميرا الملونة مفيدة بشكل خاص لتجارب مثل هذه، لأنها تساعدك على رؤية مكان انبعاث الغازات في لمحة سريعة، وما إذا كانت جزيئات الليثيوم تخترق قلب البلازما”.

لماذا هناك حاجة إلى الليثيوم

يلعب الليثيوم دورًا رئيسيًا في التجارب. تتم إضافته إلى البلازما لتحسين استقرارها وتقليل تآكل جدران المفاعل. عندما تتبخر حبيبات الليثيوم، فإنها تغطي الأسطح الداخلية للتوكاماك، مما يخلق طبقة واقية. هذه الطريقة، التي تم اختبارها لأول مرة في مختبر فيزياء البلازما في برينستون، تجعل البلازما أكثر استقرارًا وأقل تدميراً للمعدات.

تعد تجارب الليثيوم جزءًا من برنامج ترقية ST40 بقيمة 52 مليون دولار يسمى LEAPS (تبخير الليثيوم لتعزيز مركبات الكربون الكلورية فلورية في ST40). ويتم تنفيذ البرنامج بالاشتراك مع وزارة الطاقة الأمريكية ووزارة أمن الطاقة البريطانية. بالإضافة إلى الليثيوم، استبدل العلماء بلاط الكربون في المفاعل بالموليبدينوم، وهو معدن قوي يتحمل درجات الحرارة القصوى بشكل أفضل، مثل درع سفينة الفضاء. كما تمت إضافة أدوات جديدة لقياس معلمات البلازما بدقة.

لماذا هذا مهم

الصور الملونة ليست مجرد صور جميلة. فهي تساعد العلماء على فهم كيفية تصرف المواد في البلازما وتأكيد البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام التحليل الطيفي، وهي تقنية تحليل الضوء التي تكشف عن التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة. تُظهر الكاميرا كيفية تحرك الليثيوم عبر المجالات المغناطيسية وتساعد في اختبار أوضاع التشغيل مثل إشعاع النقطة X (XPR). يقوم هذا الوضع بتبريد حواف البلازما بحيث لا تدمر جدران المفاعل، مع الحفاظ على الإنتاجية العالية.

وأشارت شركة Tokamak Energy إلى أن “التجارب الحالية على ST40 توفر رؤية بصرية جديدة لسلوك البلازما بفضل كاميرا ملونة عالية السرعة تلتقط 16000 إطار في الثانية”.

تمثل هذه الدراسات خطوة نحو إنشاء مفاعلات اندماج مدمجة وفعالة. يمكن لطلاءات الليثيوم وأنماط XPR أن تشكل الأساس لمحطات الطاقة المستقبلية التي تنتج الطاقة دون انبعاثات الكربون وبأقل قدر ممكن من النفايات المشعة.