الملخص:
أعلن العلماء مؤخراً أن تكنولوجيا الاندماج النووي، التي تم اقتراحها لأول مرة في ثمانينيات القرن العشرين ثم تم تأجيلها لعقود من الزمن، حققت تقدماً كبيراً. ونجح فريق البحث في التحقق من تقنية "Helicon Current Drive" في تجربة فعلية لأول مرة. ومن المتوقع أن يساعد هذا الإنجاز مفاعلات الاندماج النووي المستقبلية على تحقيق التشغيل على المدى الطويل أو حتى المستمر، وبالتالي اتخاذ خطوة رئيسية إلى الأمام في توليد طاقة الاندماج التجاري.
في الوقت الحاضر، تستخدم معظم أبحاث الاندماج النووي السائدة في العالم أجهزة توكاماك. ويستخدم المفاعل على شكل كعكة الدونات مجالات مغناطيسية قوية لحصر البلازما في درجات حرارة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات المئوية لمحاكاة عملية الاندماج داخل النجوم. ومع ذلك، هناك مشكلة طالما ابتليت بها الصناعة في تصميمات توكاماك الحالية، وهي وقت التشغيل المحدود.
في التصميم التقليدي، يتم توليد تيار البلازما داخل المفاعل بشكل أساسي بواسطة الملف اللولبي المركزي، والذي يعمل مثل المحول. عندما تصل تغيرات المجال المغناطيسي إلى حدودها، يجب إيقاف النظام وإعادة ضبط المعدات قبل إعادة تشغيل عملية الاندماج. ولذلك، فحتى الأجهزة التجريبية الأكثر تقدمًا يمكنها في كثير من الأحيان الحفاظ على وقت التشغيل المستمر من بضع ثوانٍ إلى بضع دقائق فقط.
قال الباحثون في المرفق الوطني لأبحاث الاندماج النووي DIII-D في الولايات المتحدة إنه لكي تكون لمحطات طاقة الاندماج النووي المستقبلية قيمة تجارية، يجب أن يكون المفاعل قادرًا على تحقيق ما يسمى "عملية الحالة الثابتة"، أي العمل بشكل مستمر لفترة طويلة بدلاً من التشغيل والتوقف المستمر. ولذلك، ظل العلماء يبحثون منذ سنوات عن طرق للحفاظ على تيارات البلازما التي لا تعتمد على هياكل المحولات التقليدية.
تعد تقنية محرك التيار الموجي الحلزوني المتطورة هذه أحد الحلول. المبدأ الأساسي هو استخدام موجات راديوية عالية التردد ذات تردد محدد لتوصيل الطاقة إلى داخل البلازما وتشكيل تيار مستقر داخل البلازما للحفاظ على تفاعل الاندماج دون الاعتماد على نظام الملف اللولبي المركزي التقليدي.
في الواقع، هذا المفهوم ليس اختراعًا جديدًا. وفي وقت مبكر من الثمانينات، اقترح العلماء فكرة مماثلة، والتي كانت تسمى في ذلك الوقت تكنولوجيا "محرك الموجة السريعة". ومع ذلك، نظرًا للقدرات المحدودة للمعدات التجريبية وأنظمة الهوائي وأدوات التشخيص في ذلك الوقت، لم يتمكن الباحثون أبدًا من التحقق من التأثيرات النظرية في التجارب، وفي النهاية تخلت الصناعة عن هذا الاتجاه تدريجيًا.
مع تحديث مرافق أبحاث الاندماج خلال العقود القليلة الماضية، بدأت الأمور تتغير. وقال فريق البحث إن معدات توكاماك الحديثة يمكنها بالفعل خلق ظروف تشغيل أقرب إلى ظروف المفاعلات التجارية المستقبلية، في حين يمكن لأنظمة الهوائيات الجديدة حقن موجات الراديو في البلازما بطريقة أكثر دقة. وبمساعدة هذه التطورات التكنولوجية، نجح الباحثون أخيرا في مراقبة تأثير القيادة الحالية المتوقعة.
وأشار العلماء المشاركون في الدراسة إلى أن هذه التجربة لم تثبت صحة النظريات ذات الصلة فحسب، بل أكدت أيضًا أن موجات الراديو عالية التردد يمكنها نقل الطاقة بشكل فعال في البلازما عالية الحرارة وتوليد تيارات مستقرة داخليًا. وهذا يعني أنه من المتوقع أن تتخلص مفاعلات الاندماج المستقبلية من قيود وقت التشغيل الحالية وتحقق حالة عمل أكثر استدامة واستقرارًا.
يعتقد الباحثون أنه بالمقارنة مع البدائل الأخرى، تتمتع تقنية محرك التيار الموجي الحلزوني بقدرة أفضل على التكيف في بيئات البلازما عالية الكثافة. ستنخفض كفاءة بعض تقنيات الدفع الحالية بشكل كبير عند الاقتراب من ظروف التشغيل التجارية، ومن المتوقع أن يلعب مخطط الموجات الحلزونية دورًا أكثر أهمية في محطات توليد الطاقة الاندماجية واسعة النطاق في المستقبل.
ومع ذلك، أكد العلماء أيضًا أن هذه التكنولوجيا لا تزال بعيدة عن التطبيق التجاري العملي. التجارب الحالية تؤكد فقط جدوى هذا المبدأ. وفي المستقبل، هناك حاجة إلى اختبارات أعلى للطاقة والتحقق في ظل ظروف أقرب إلى بيئة توليد الطاقة الحقيقية. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال كيفية تحسين الكفاءة وتقليل استهلاك الطاقة وتقليل تعقيد المعدات اتجاهًا مهمًا للبحث اللاحق.
ومع ذلك، يُنظر إلى هذا الاختراق باعتباره تقدمًا مهمًا في مجال الاندماج النووي. لفترة طويلة، كان التشغيل المستمر والمستقر أحد العقبات الأساسية التي تحد من تسويق طاقة الاندماج. إذا أمكن تطبيق تكنولوجيا محرك التيار الموجي الحلزوني بنجاح على مفاعلات الاندماج واسعة النطاق في المستقبل، فقد تكون البشرية على بعد خطوة واحدة من الحصول على طاقة اندماج لا نهائية تقريبًا ونظيفة ومنخفضة الكربون.
التعليقات