شركة زاب للطاقة أظهر ضغطًا قياسيًا للبلازما في تجربة FuZE-3، وهو جيل جديد من مرافق الاندماج. وصلت البلازما إلى ضغط إجمالي قدره 1.6 جيجاباسكال، وهو ما يتوافق مع عشرة أضعاف الضغط الموجود في قاع خندق ماريانا.

FuZE-3: قوة مدمجة

FuZE-3 هو الجيل الثالث من أجهزة FuZE وجهاز Z-pinch Zap الخامس. الابتكار الرئيسي هو القطب الثالث، الذي يفصل بين عمليات تسريع البلازما والضغط. وتنتج الغرفة، التي يبلغ طولها حوالي 12 قدمًا، خيوطًا ساخنة كثيفة يبلغ قطرها بضعة ملليمترات فقط.

يقول كولين آدامز، رئيس قسم الفيزياء التجريبية: “يعد FuZE-3 تغييرًا كبيرًا عن أنظمة Zap السابقة، ومن الرائع أن نراها تؤدي أداءً جيدًا وبسرعة كبيرة منذ البداية”.

يعد هذا رقمًا قياسيًا لقرصة Z المستقرة لتدفق القص، وخطوة مهمة نحو إنتاج طاقة إيجابية – أي الوضع الذي عندما ينتج التفاعل النووي الحراري طاقة أكثر مما يستهلكه التثبيت.

الضغط ومعناه

يعد الضغط العالي في بلازما الاندماج أمرًا بالغ الأهمية لأنه يزيد من احتمالية اصطدام الجزيئات وإنتاج تفاعلات إطلاق الطاقة. في تجربة FuZE-3، وصل ضغط الإلكترون إلى 830 ميغاباسكال (MPa)، وإذا أضفت الأيونات – وهي جسيمات أثقل في البلازما – كان الضغط الإجمالي حوالي 1.6 غيغاباسكال (GPa). وعلى سبيل المقارنة، فإن هذا أعلى بعشرة آلاف مرة من ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر، وحوالي عشرة أضعاف الضغط عند قاع خندق ماريانا.

تم الاحتفاظ بالبلازما لمدة ميكروثانية فقط، أي جزء من مليون من الثانية. على الرغم من قصر مدتها، كانت هذه المرة كافية لقياس معلمات البلازما بدقة باستخدام طريقة التشتت البصري لطومسون. تسمح لك هذه الطريقة بتحديد مدى سخونة البلازما وكثافتها في الوقت نفسه، تمامًا مثل استخدام الضوء “لاستكشاف” خصائصها الداخلية.

وفي التجارب الحديثة، وصلت كثافة الإلكترونات إلى 3–5×10²⁴ جسيمات لكل متر مكعب، وتجاوزت درجة الحرارة 1 كيلو إلكترون فولت، أي حوالي 21 مليون درجة فهرنهايت. وللمقارنة بصريا، فإن درجة الحرارة في مركز الشمس تعادل نصف البرودة تقريبا، وهنا يحصل عليها العلماء في مختبر على الأرض. تخيل أن FuZE-3 يقوم بضغط البلازما وتسخينها إلى ظروف قاسية في أجزاء صغيرة من الثانية، تمامًا مثل إنشاء شمس صغيرة لبضع لحظات.

كيف يعمل FuZE-3

استخدمت أجهزة Zap السابقة قطبين كهربائيين: يعمل تيار واحد على تسريع وضغط البلازما في نفس الوقت. يسمح القطب الكهربائي FuZE-3 الثالث بالتحكم في التسارع والضغط بشكل منفصل، مما يزيد من كثافة البلازما واستقرارها.

يشرح آدمز قائلاً: “تم تسخين الأنظمة ثنائية القطب بكفاءة، لكنها لم توفر الضغط الذي تنبأت به نماذجنا”.

لا يسعى نظام FuZE-3 إلى الضغط الفوري، مثل تركيبات القصور الذاتي بالليزر، ولكنه يعمل في وضع الحبس المغناطيسي شبه الثابت. وهذا يعني أن سرعة الانضغاط ليست هي المهمة، بل الحفاظ على تدفق مستقر، مما يقلل من الاضطراب المدمر.

الهدف من FuZE-3 هو الأداء العالي للمنتج الثلاثي، الذي يجمع بين كثافة البلازما ودرجة الحرارة ووقت الاحتفاظ. يتيح لك المنتج الثلاثي العالي الحصول على المزيد من الطاقة من التفاعل النووي الحراري. يستخدم فريق Zap مزيجًا من النمذجة والنظرية والتجريب لتحسين المعلمات.

يقول بن ليفيت، نائب رئيس البحث والتطوير: “لقد كان هذا جهدًا جماعيًا كبيرًا نجح من خلال دورة من التنبؤات النظرية، والمحاكاة الحاسوبية، والتجميع والاختبار السريع، والتحقق التجريبي، وخبرة القياس”.

يقول ليفيت: “لقد بدأنا للتو العمل مع FuZE-3، ولكن يمكننا أن نرى بالفعل مدى فعالية الجهاز في الجمع بين الحجم الصغير والأداء العالي. وستوفر نتائج FuZE-3 الأساس لأنظمة الجيل التالي وتسريع الطريق إلى الاندماج التجاري”.

وفي الوقت الحالي، يوضح المفاعل الجديد أن المحطات الصغيرة وغير المكلفة نسبيًا يمكن أن تصل إلى ضغوط ودرجات حرارة مماثلة لأكبر التجارب في العالم، مما يؤذن بمرحلة جديدة من أبحاث دمج الطاقة.