تدخل الولايات المتحدة “عصرًا جديدًا” من الاندماج النووي بعد أن أعلن العلماء أنهم يكررون التفاعل باستمرار.
وإذا تم إتقان هذه التقنية، فإنها يمكن أن تزود العالم بمصدر لا حدود له من الطاقة النظيفة.
أمضى الباحثون في مرفق الإشعال الوطني في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) العام الماضي في إطلاق ما يقرب من 200 ليزر على كبسولات هيدروجين بحجم حبة الفلفل، وتسخينها إلى أكثر من 180 مليون درجة فهرنهايت.
وفي أول تجربة عالمية في ديسمبر الماضي، أنتج الفريق تفاعل اندماج نووي أطلق طاقة أكثر مما استخدم، وهي عملية تسمى “الاشتعال”.
وأعلن الفريق أنهم كرروا النتائج ثلاث مرات أخرى في العام الماضي، مما دفع العالم خطوة أخرى نحو ما يمكن أن يكون حلاً لأزمة المناخ.
مرفق الإشعال الوطني في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في الصورة أعلاه. يستخدم النظام 192 شعاع ليزر تتجمع في مركز هذه الكرة العملاقة لتفجير كرية صغيرة من وقود الهيدروجين.
لقد حاول العلماء منذ عقود الاستفادة من طاقة الاندماج، وهي نفس العملية الأساسية التي تزود الشمس بالطاقة.
أسفرت إحدى المحاولات التي أجراها الفريق في كاليفورنيا عن زيادة قياسية في الطاقة بنسبة 89 بالمائة – أي 35 بالمائة أكثر من الإشعال الأول قبل عام واحد.
الهدف النهائي هو توليد الطاقة بنفس الطريقة التي تولد بها الشمس الحرارة عن طريق دفع ذرات الهيدروجين بالقرب من بعضها البعض بحيث تتحد لتشكل الهيليوم، مما يطلق سيولًا من الطاقة.
ومن دون انبعاثات الكربون، يمكن لكوب واحد من هذه المادة أن يزود منزلاً متوسط الحجم بالطاقة لمئات السنين.
يحدث الانشطار النووي عندما يصطدم النيوترون بذرة أكبر، مما يجبرها على الإثارة والانقسام إلى ذرتين أصغر.
يحتوي مرفق الإشعال الوطني (NIF) في المختبر على 192 ليزر تطلق أشعة على حبيبات مجمدة من النظائر الموجودة داخل كبسولة ألماس معلقة في أسطوانة ذهبية تسمى هولراوم
يحتوي مرفق الإشعال الوطني (NIF) الخاص بالمختبر على 192 ليزرًا تطلق أشعة على حبيبات مجمدة من النظائر الموجودة داخل كبسولة ألماس معلقة في أسطوانة ذهبية تسمى هولراوم.
يتم تسخين الكبسولات إلى حوالي 100 مليون درجة لخلق ضغط داخلها أكبر من الضغط الموجود داخل قلب الشمس.
ويتسبب الانفجار الداخلي الناتج في اندماج النظائر، مما يؤدي إلى إنتاج الهيليوم وكميات وفيرة من الطاقة، كما شارك العلماء في مجلة Nature.
وكانت المحاولة الأولى الناجحة في 5 ديسمبر 2022، حيث تم توليد طاقة أكثر بحوالي 54 بالمائة مما تم وضعه.
أنتج تفاعل الاندماج حوالي 2.5 ميجا جول من الطاقة، أي ما يقرب من 120% من 2.1 ميجا جول من الطاقة الموجودة في الليزر.
وحقق الفريق رقما قياسيا في 30 يوليو بزيادة قدرها 85 بالمئة، كما تم تنفيذ محاولتين أخريين في أكتوبر.
ولّد الاندماج خلال الحدث حوالي 3.88 ميغاجول من طاقة الاندماج، أي أكثر بنسبة 89% من الإنجاز الأول في ديسمبر.
تم إجراء اختبارين آخرين في يونيو وسبتمبر، لكن الباحثين قالوا إن إنتاج الطاقة لم يكن “كافيًا لتأكيد الاشتعال”.
وقال ريتشارد تاون، الفيزيائي الذي يرأس برنامج علوم الاندماج بالقصور الذاتي في LLNL: “أشعر أنني بحالة جيدة جدًا”. أعتقد أننا يجب أن نكون جميعًا فخورين بهذا الإنجاز.
تم إنشاء مرفق الإشعال الوطني الذي تبلغ تكلفته 3.5 مليار دولار في البداية لاختبار الأسلحة النووية من خلال محاكاة الانفجارات، لكن تركيزه تحول الآن إلى تقدم أبحاث الطاقة الاندماجية.
يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم على هذه التكنولوجيا منذ عقود، ويجربون أساليب مختلفة.
يتم توجيه طاقة شعاع NIF البالغ عددها 192 حزمة داخل أسطوانة ذهبية تسمى hohlraum، وهي بحجم عشرة سنتات تقريبًا. تحتوي كبسولة صغيرة داخل الهولراوم على ذرات الديوتيريوم (الهيدروجين مع نيوترون واحد) والتريتيوم (الهيدروجين مع نيوترونين) التي تغذي عملية الاشتعال
وأعلن الفريق أنهم حققوا الاشتعال في أربع من محاولاته الست الأخيرة، مما أدى إلى خلق نفس العمليات الأساسية داخل الشمس التي تحول الهيدروجين إلى هيليوم لإنتاج الاندماج النووي.
ومع ذلك، لم يتمكن أي مختبر آخر من تحقيق ما حققه LLNL في تجاربه.
وقد وجدت حكومات العالم اهتماما جديدا بالاندماج النووي وسط مخاوف بشأن تأثير تغير المناخ وأمن إمدادات الطاقة.
وكانت الطاقة النظيفة أيضًا على جدول أعمال مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ (COP28) في وقت سابق من هذا الشهر.
وقال المبعوث الأمريكي للمناخ جون كيري: “إننا نقترب أكثر من أي وقت مضى من واقع قائم على الاندماج النووي”.
وفي الوقت نفسه، نعم، هناك تحديات علمية وهندسية كبيرة.
“التفكير المتأني والسياسة المدروسة سيكونان حاسمين في التعامل مع هذا الأمر.”