"الشمس الاصطناعية" الصينية تحقق إنجازًا جديدًا في مجال الاندماج النووي

حققت الصين، في سعيها لتسخير طاقة النجوم، إنجازًا تاريخيًا، حيث حطم مفاعل توكاماك التجريبي المتقدم فائق التوصيل (EAST)، المعروف أيضًا باسم "الشمس الاصطناعية"، الرقم القياسي في عملية احتواء البلازما العالية حيث استغرقت 1066 ثانية. هذا الإنجاز العلمي البارز يُسجل رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا ويُمثل إنجازًا هامًا في مجال توليد الطاقة الاندماجية. تُمثل مدة الـ ١٠٦٦ ثانية تقدمًا حاسمًا في أبحاث الاندماج. هذا الإنجاز، الذي حققه معهد فيزياء البلازما (ASIPP) في معاهد هيفي للعلوم الفيزيائية (HFIPS) التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، يتجاوز بكثير الرقم القياسي العالمي السابق البالغ 403 ثوانٍ، والذي سجله أيضًا معهد EAST في عام 2023. يتمثل الهدف النهائي لتطوير شمس اصطناعية في محاكاة عمليات الاندماج النووي التي تحدث في الشمس، وتزويد البشرية بمصدر طاقة نظيف وغير محدود، وتمكين استكشاف ما وراء نظامنا الشمسي.

الهدف الطموح

1066 ثانية

الزمن القياسي الجديد لاحتواء البلازما، متجاوزًا الرقم السابق البالغ 403 ثوانٍ.

لقد كرّس العلماء حول العالم أكثر من 70 عامًا لتحقيق هذا الهدف الطموح. ومع ذلك، فإن توليد الكهرباء من جهاز الاندماج النووي يتطلب التغلب على تحديات رئيسية، بما في ذلك الوصول إلى درجات حرارة تتجاوز 100 مليون درجة مئوية، والحفاظ على تشغيل مستقر طويل الأمد، وضمان التحكم الدقيق في عملية الاندماج. صرح سونغ يونتاو، مدير ASIPP ونائب رئيس HFIPS: "يجب أن يحقق جهاز الاندماج تشغيلًا مستقرًا بكفاءة عالية لآلاف الثواني لتمكين دوران البلازما الذاتي، وهو أمر ضروري لاستمرار توليد الطاقة في محطات الاندماج المستقبلية". ووفقًا لغونغ شيانزو، رئيس قسم الفيزياء والعمليات التجريبية في مفاعل EAST، فقد تم تحديث العديد من أنظمة جهاز EAST منذ الجولة الأخيرة من التجارب. على سبيل المثال، ضاعف نظام التسخين، الذي كان يعمل سابقًا بطاقة تعادل ما يقرب من 70 ألف فرن ميكروويف منزلي، إنتاجه من الطاقة مع الحفاظ على الاستقرار والاستمرارية. كان مفاعل EAST منذ إنشائه عام 2007 بمثابة منصة اختبار مفتوحة للعلماء الصينيين والدوليين لإجراء تجارب وأبحاث متعلقة بالاندماج. انضمت الصين رسميًا إلى برنامج المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER) عام 2006 كعضو سابع فيه. بموجب الاتفاقية، تتحمل الصين مسؤولية ما يقرب من 9% من بناء المشروع وتشغيله، بينما يُعدّ معهد ASIPP المؤسسة الرئيسية للبعثة الصينية. من المقرر أن يصبح مفاعل ITER، قيد الإنشاء حاليًا في جنوب فرنسا، أكبر تجربة فيزياء بلازما بالاحتواء المغناطيسي في العالم، وأكبر مفاعل اندماج نووي تجريبي من نوع توكاماك عند اكتماله. في السنوات الأخيرة، حقق معهد EAST باستمرار تطورات رائدة في وضع الاحتواء العالي، وهو وضع تشغيل أساسي لمفاعلات الاندماج التجريبية مثل ITER ومفاعل اختبار هندسة الاندماج الصيني المستقبلي (CFETR). توفر هذه الإنجازات رؤى ومراجع قيّمة للتطوير العالمي لمفاعلات الاندماج. في مدينة هيفي بمقاطعة آنهوي الصينية، حيث يقع معهد EAST، يجري حاليًا إنشاء جيل جديد من مرافق أبحاث الاندماج التجريبي. تهدف هذه المرافق إلى تسريع تطوير وتطبيق طاقة الاندماج النووي. يمثل هذا الإنجاز خطوةً هامةً في أبحاث طاقة الاندماج، إذ يُظهر التقدم المحرز في الحفاظ على البلازما عالية الحرارة لفترات طويلة. إن القدرة على الحفاظ على تشغيل مستقر لأكثر من 1000 ثانية أمر بالغ الأهمية لتطوير مفاعلات الاندماج النووي المستقبلية القادرة على توليد طاقة مستمرة ونظيفة.

ما الذي يجعل مفاعل EAST فريدًا؟

يجمع مفاعل EAST بين تصميم متقدم ومرونة تجريبية عالية، ما يجعله منصة مهمة لاختبار تشغيل البلازما المستقرة.

أبرز خصائص مفاعل EAST

العنصر	الخاصية	الأهمية
التصميم	مقطع عرضي غير دائري	يدعم أوضاع تشغيل متقدمة للبلازما
المغناطيسات	فائقة التوصيل بالكامل	تساعد على الاحتواء المستقر طويل الأمد
المكونات المواجهة للبلازما	تبريد مائي نشط	يدعم التشغيل المستمر في ظروف حرارية قاسية
العلاقة مع ITER	أصغر حجمًا لكنه مشابه في الشكل والتصميم	يوفر مرونة أكبر للتجارب مع صلة مباشرة بالمفاعلات الأكبر

يتميز مفاعل EAST، وهو مفاعل توكاماك فائق التوصيل بالكامل، بالعديد من الميزات المبتكرة. فمقطعه العرضي غير الدائري، ومغناطيساته فائقة التوصيل بالكامل، ومكوناته المواجهة للبلازما المبردة بالماء بنشاط، تُمكّن من تشغيل بلازما الحالة المستقرة المتقدمة. وعلى الرغم من أنه أصغر من مفاعل ITER الدولي التجريبي الحراري النووي (ITER)، إلا أن EAST يُضاهيه في الشكل والتصميم، مما يوفر مرونة أكبر للتكوينات التجريبية...

أهمية طاقة الاندماج

تُمثل طاقة الاندماج المصدر الأمثل للطاقة النظيفة، إذ تُحاكي التفاعلات النووية التي تُغذي الشمس. على عكس الوقود الأحفوري، لا يُنتج الاندماج أي انبعاثات غازات دفيئة، بل يُنتج الهيليوم فقط كمنتج ثانوي. علاوة على ذلك، فإن وقوده - نظائر الهيدروجين مثل الديوتيريوم والتريتيوم - متوفر بكثرة وعلى نطاق واسع، مما يُوفر مصدر طاقة يكاد يكون غير محدود. تمتد إمكانات الاندماج إلى ما وراء الأرض. مع تطوير كافٍ، يُمكن أن يُحدث ثورة في استكشاف الفضاء من خلال توفير مصدر طاقة خفيف الوزن وفعال للسفر بين النجوم. تُعد هذه التقنية التحويلية بمواجهة تحديات الطاقة العالمية، وتقليل الاعتماد على الموارد المحدودة، ودفع عجلة التنمية المستدامة على نطاق كوكبي.

تحديات الاندماج

يبقى التقدم في الاندماج مرتبطًا بمجموعة واضحة من العقبات التقنية التي يجب تجاوزها قبل الوصول إلى توليد طاقة عملي ومستمر.

المتطلبات الأساسية للوصول إلى طاقة اندماج عملية

1

بلوغ الحرارة المطلوبة

يجب رفع حرارة البلازما إلى أكثر من 100 مليون درجة مئوية لبدء ظروف الاندماج المناسبة.

2

الحفاظ على الاستقرار

يتعين إبقاء البلازما مستقرة لفترات طويلة بدل الاكتفاء بنبضات قصيرة.

3

التحكم الدقيق في التشغيل

نجاح المفاعل يعتمد على بروتوكولات تشغيل وأنظمة تحكم قادرة على إدارة العملية بدقة عالية.

4

الوصول إلى إنتاج مستمر

الهدف النهائي هو دوران بلازما مستدام ذاتيًا يمهد لتوليد طاقة تجارية متواصلة.

على الرغم من عقود من البحث، لا يزال تحقيق طاقة اندماج عملية يُمثل تحديًا هائلاً. يجب أن يحافظ مفاعل الاندماج الناجح على درجات حرارة تتجاوز 100 مليون درجة مئوية، وأن يحافظ على استقرار البلازما لفترات طويلة، وأن يضمن إمكانية التحكم الدقيق. يُظهر سجلّ مفاعل EAST تقدّمًا مُحرزًا على هذه الجبهات، ولكن لا يزال على العلماء تحسين تصاميم المفاعلات وبروتوكولاتها التشغيلية لتحقيق توليد طاقة مستمر. تُعدّ الكفاءة العالية والاستقرار طويل الأمد أمرًا بالغ الأهمية لتمكين دوران البلازما المُستدام ذاتيًا. تُعدّ هذه القدرة أساسية لمفاعلات الاندماج التجارية، إذ تضمن إنتاجًا متواصلًا للطاقة. من خلال تحقيق التشغيل في حالة مستقرة لفترات غير مسبوقة، يُقرّب مفاعل EAST البشرية من تحقيق هذا الهدف. يُقدّم نجاح مفاعل EAST رؤى قيّمة لمفاعل ITER والمفاعلات التجريبية المستقبلية، بما في ذلك مفاعل اختبار هندسة الاندماج الصيني (CFETR). من خلال التحسين المُستمر لأنظمة التشغيل - مثل نظام التدفئة في مفاعل EAST، الذي يُولّد الآن ضعف إنتاجه السابق من الطاقة - تُساهم الصين في دفع عجلة التقدم في أبحاث الاندماج. في مدينة خفي، يجري حاليًا بناء منشآت اندماج تجريبية جديدة لتسريع تطوير طاقة الاندماج. تتماشى هذه الجهود مع التطلعات العالمية لنقل طاقة الاندماج من نطاق البحث إلى التطبيق العملي. إن التطورات الأخيرة التي حققها معهد EAST ليست مجرد إنجازات علمية بارزة، بل هي أيضًا خطوات نحو تلبية احتياجات البشرية المتزايدة من الطاقة. مع التعاون الدولي والابتكار المستمر، قد يصبح حلم تسخير طاقة الشمس الاصطناعية حقيقة واقعة قريبًا.