تتقدم الصين نحو الإشعال الاندماجي مع تحقيق اختراق كبير في البلازما

لقد وصل العلماء الذين يعملون مع التوكاماك التجريبي المتقدم فائق التوصيل (EAST) في الصين إلى حالة تنبأوا بها منذ فترة طويلة تُعرف باسم “النظام الخالي من الكثافة”، حيث يتم الاندماج النووي بلازما تظل مستقرة عند كثافات أعلى بكثير من الحدود التقليدية. يمثل هذا الإنجاز خطوة مهمة نحو حل أحد التحديات الفيزيائية الأكثر إلحاحًا في مجال طاقة الاندماج. ونشرت النتائج في تقدم العلوم في 1 يناير.

استراتيجية تشغيل جديدة عالية الكثافة

شارك في قيادة البحث البروفيسور بينج تشو من جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا والأستاذ المساعد نينغ يان من معاهد هيفي للعلوم الفيزيائية في الأكاديمية الصينية للعلوم. باستخدام نهج تشغيل عالي الكثافة تم تطويره حديثًا في EAST، أظهر الفريق أنه يمكن دفع كثافة البلازما إلى ما هو أبعد من الحدود التجريبية المقبولة منذ فترة طويلة دون إثارة حالات عدم الاستقرار العنيفة التي عادةً ما تؤدي إلى إيقاف تجارب التوكاماك.

لماذا تعتبر كثافة البلازما مهمة بالنسبة للطاقة الاندماجية

يُنظر إلى الاندماج النووي على نطاق واسع على أنه مصدر محتمل للطاقة النظيفة والموثوقة. في اندماج الديوتيريوم والتريتيوم، يجب تسخين الوقود إلى ما يقرب من 13 كيلو إلكترون فولت (150 مليون كلفن) لإنتاج التفاعلات المثالية. في درجات الحرارة القصوى هذه، يزداد إنتاج طاقة الاندماج مع مربع كثافة البلازما. ومع ذلك، لعقود من الزمن، كانت تجارب التوكاماك مقيدة بحد أعلى للكثافة. عادةً ما يؤدي عبور هذه الحدود إلى اضطرابات تؤدي إلى إتلاف حبس البلازما وتهدد استقرار الجهاز، مما يجعل تحقيق أداء اندماج أعلى أمرًا صعبًا.

نظرية التنظيم الذاتي لجدار البلازما

يقدم الإطار النظري الأحدث المعروف باسم التنظيم الذاتي لجدار البلازما (PWSO) طريقة مختلفة لفهم هذه الحدود. تم اقتراح هذا المفهوم لأول مرة بواسطة DF Escande et al. من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي وجامعة إيكس مرسيليا. ووفقًا للنظرية، يصبح النظام الخالي من الكثافة ممكنًا عندما تصل البلازما والجدران المعدنية للمفاعل إلى توازن دقيق، خاصة في الأنظمة التي يهيمن فيها الاخرق الفيزيائي على تفاعلات جدار البلازما.

كيف وصل الشرق إلى النظام الخالي من الكثافة

قدمت تجارب EAST أول تأكيد تجريبي لهذه الفكرة. سيطر الباحثون بعناية على ضغط غاز الوقود الأولي وقاموا بتطبيق تسخين رنين السيكلوترون الإلكتروني أثناء مرحلة بدء تشغيل كل تفريغ للبلازما. ساعد هذا التحكم في المرحلة المبكرة على تحسين تفاعلات جدار البلازما منذ البداية. ونتيجة لذلك، تم تقليل تراكم الشوائب وفقدان الطاقة بشكل كبير، مما سمح لكثافة البلازما بالارتفاع بشكل مطرد بحلول نهاية بدء التشغيل. في ظل هذه الظروف، نجح EAST في الدخول إلى النظام الخالي من الكثافة الذي تنبأت به PWSO، حيث تم الحفاظ على التشغيل المستقر حتى عند كثافات أعلى بكثير من الحدود التقليدية.

الآثار المترتبة على الانصهار الاشتعال

تقدم هذه النتائج نظرة جديدة حول كيفية التغلب على حاجز الكثافة طويل الأمد في عملية التوكاماك على الطريق نحو الاشتعال الاندماجي.

قال البروفيسور تشو: “تشير النتائج إلى مسار عملي وقابل للتطوير لتوسيع حدود الكثافة في التوكاماك وأجهزة دمج البلازما المحترقة من الجيل التالي”.

مشارك برو. وأضاف يان أن الفريق يخطط لتطبيق نفس الطريقة أثناء عملية الاحتجاز العالي على EAST في المستقبل القريب، بهدف الوصول إلى النظام الخالي من الكثافة في ظل ظروف بلازما ذات أداء أعلى.

المرجع: “الوصول إلى النظام الخالي من الكثافة مع بدء تشغيل أومي بمساعدة ECRH في الشرق” بقلم جياشينغ ليو، بينج تشو، دومينيك فرانك إسكاند، وينبين ليو، شيوي شيوي، شين لين، بانجون تانغ، ليانغ وانغ، نينغ يان، جينجو يانغ، يانمين دوان، كاي جيا، زينوي وو، يونكسين تشينج، لينغ تشانغ، جينبينج تشيان، روي دينغ، رويجي تشو وفريق الشرق، 1 يناير 2026، تقدم العلوم.
دوى: 10.1126/sciadv.adz3040

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.