أكبر مشروع علمي للبشرية يدخل مرحلته الأكثر أهمية لإطلاق العنان لقوة النجوم
لعقود، حلم العلماء بتسخير الاندماج النووي - العملية التي تُغذي الشمس والنجوم - كمصدر طاقة نظيف وآمن وغير محدود تقريبًا. على عكس الانشطار النووي، الذي يقسم الذرات وينتج نفايات مشعة طويلة الأمد، يدمج الاندماج النووي نوى ذرية خفيفة، عادةً نظائر الهيدروجين، لتكوين الهيليوم. تُطلق هذه العملية طاقة هائلة، دون انبعاثات كربونية وبأقل قدر من النواتج الثانوية المشعة. وتتجلى جاذبية الاندماج النووي بوضوح. إذ يمكن لغرام واحد من وقود الاندماج أن يُطلق طاقة تعادل حرق عدة أطنان من الفحم. علاوة على ذلك، فإن الوقود - الديوتيريوم والتريتيوم - متوفر بكثرة ويمكن استخراجه من مياه البحر والليثيوم. كما أن الاندماج النووي لا ينطوي على خطر الانصهار النووي، مما يجعله أكثر أمانًا بطبيعته من الطاقة النووية التقليدية. يمثل مشروع ITER تتويجًا لعقود من البحث والتعاون الدولي. وقد تم تصوره في ثمانينيات القرن الماضي، وانطلق رسميًا في عام 2007، ويجمع المشروع 35 دولة - بما في ذلك الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة والصين وروسيا والهند واليابان وكوريا الجنوبية - في مهمة مشتركة لإثبات جدوى طاقة الاندماج على نطاق تجاري.
قراءة مقترحة
هندسة نجم: قلب مشروع ITER
يُشكّل التوكاماك قلب مشروع ITER، وهو جهاز حلقي الشكل مُصمّم لاحتواء تفاعل الاندماج النووي والتحكم فيه. يستخدم التوكاماك مجالات مغناطيسية قوية لحصر بلازما فائقة التسخين - وهي عبارة عن مزيج دوّامي من الجسيمات المشحونة - عند درجات حرارة تتجاوز 150 مليون درجة مئوية، أي أعلى من حرارة لبّ الشمس.
150 مليون درجة مئوية
هذه هي الحرارة التي يجب أن تبلغها البلازما داخل التوكاماك، وهي أعلى من حرارة لبّ الشمس.
في ظل هذه الظروف القاسية، تستطيع نوى الهيدروجين التغلب على تنافرها الطبيعي والاندماج، مُطلقةً طاقة هائلة. يُعدّ حجم التحدي الهندسي هائلاً.
مقاييس أساسية في بناء التوكاماك
| العنصر | القيمة | الدلالة |
|---|---|---|
| وزن توكاماك ITER | أكثر من 23000 طن | يعكس ضخامة الجهاز وتعقيد تركيبه |
| الارتفاع | حوالي 30 متراً | يبين حجم البنية المطلوبة لاحتواء التفاعل |
| قطاعات وعاء التفريغ | 9 قطاعات | يجب تجميعها ومحاذاتها بدقة شديدة |
| وزن القطاع الواحد | أكثر من 400 طن | يفرض عمليات رفع ولحام شديدة الحساسية |
| دقة التجميع | حتى المليمتر | أي انحراف قد يربك المجال المغناطيسي |
تُعتبر هذه المرحلة - المعروفة باسم "تجميع الجهاز" - الأكثر حساسية وأهمية في الجدول الزمني للمشروع. يتضمن المشروع دمج آلاف المكونات، بما في ذلك المغناطيسات فائقة التوصيل، وأنظمة التبريد العميق، وأجهزة التشخيص، وأنظمة التسخين. حتى أدنى خلل في المحاذاة قد يُؤثر على تكوين المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى عدم استقرار البلازما أو فشل تحقيق ظروف الاندماج النووي. لا يُمكن المبالغة في وصف مدى تعقيد هذه المهمة. إذ يتعين على المهندسين العمل في مساحات ضيقة، وغالبًا ما يستخدمون أذرعًا آلية وأدوات موجهة بالليزر لضمان الدقة. ويتم التجميع في ظروف غرف نظيفة لمنع التلوث، وتُوثق كل خطوة بدقة وتُجرى عليها تدريبات مُسبقة.
جهد عالمي: العلم بلا حدود
لا يُعد مشروع ITER مجرد تجربة علمية، بل هو رمز لما يُمكن للبشرية تحقيقه من خلال التعاون. يُموّل المشروع ويُدار من قِبل 35 دولة، تُساهم كل منها بالمكونات والخبرات والتمويل. وتُغطي أوروبا، بصفتها الدولة المُضيفة، حوالي 45% من التكاليف، بينما يتقاسم الشركاء الآخرون النسبة المتبقية.
أدوار دولية رئيسية في المشروع
الولايات المتحدة واليابان
قدمت الولايات المتحدة مكونات أساسية للملف اللولبي المركزي، بينما ساهمت اليابان بملفات فائقة التوصيل عالية الدقة.
كوريا الجنوبية وأوروبا
قامتا بتصنيع قطاعات وعاء التفريغ الضخمة التي تُعد من أكثر أجزاء التوكاماك حساسية وتعقيدًا.
الصين وروسيا
بنت الصين أجزاءً من أنظمة التسخين، بينما قدمت روسيا مكونات لملفات المجال المغناطيسي.
تطلب هذا التوزيع العالمي للعمل تنسيقًا غير مسبوق. تُصنع المكونات في قارات مختلفة، وتُشحن عبر المحيطات، وتُجمع في الموقع في فرنسا. تُعدّ الخدمات اللوجستية وحدها إنجازًا هندسيًا حديثًا رائعًا، إذ تشمل مركبات نقل مصممة خصيصًا، ورافعات متخصصة، وجدولة دقيقة.
إلى جانب المعدات، يُعدّ مشروع ITER أيضًا بيئة تدريبية للجيل القادم من علماء ومهندسي الاندماج النووي. يكتسب آلاف الباحثين والفنيين والطلاب خبرة عملية في أحدث التقنيات، من التبريد الفائق والتوصيل الفائق إلى فيزياء البلازما وعلوم المواد. ستكون هذه المهارات حيوية للمرحلة التالية من تطوير الاندماج النووي: بناء محطات طاقة تجارية قادرة على تزويد الشبكة الكهربائية بالكهرباء.
الطريق إلى الأمام: التحديات والتأخيرات ووعد الاندماج النووي
على الرغم من وعوده، واجه مشروع ITER تحديات جمة. فقد شهد المشروع تأخيرات وتجاوزات في التكاليف وعقبات تقنية. كان من المتوقع في الأصل أن ينتج أول بلازما بحلول عام 2025 إلا أن الجدول الزمني تأجل عدة مرات. وبحلول أواخر عام 2025 أصبح الهدف الآن هو عامي 2033 و2034. ولا تُعد هذه التأخيرات مفاجئة بالنظر إلى الطبيعة غير المسبوقة للمشروع.
كيف تغيّر الجدول الزمني للمشروع
كان الهدف الأصلي إنتاج أول بلازما بحلول عام 2025.
أصبح الهدف الجديد لأول بلازما في عامي 2033 و2034 بعد سلسلة من التأخيرات والتحديات التقنية.
فلم يسبق لأحد أن بنى آلة بهذا التعقيد من قبل. غالبًا ما يتم تطوير المواد والتقنيات والعمليات المستخدمة بالتوازي مع عملية البناء نفسها. علاوة على ذلك، فإن تنسيق عشرات الدول، لكل منها لوائحها ومعاييرها وديناميكياتها السياسية الخاصة، يُضيف طبقات من التعقيد. مع ذلك، فإن المخاطر جسيمة للغاية بحيث لا يمكن التخلي عن هذا المسعى. يواجه العالم أزمة مناخية، والحاجة إلى طاقة نظيفة وموثوقة لم تكن أشد منها اليوم. يقدم الاندماج النووي حلاً يمكن أن يُغذي كوكب الأرض بالطاقة لآلاف السنين دون تلويث البيئة أو استنزاف الموارد. إذا نجح مشروع ITER في إثبات اندماج نووي مستدام، فسيمهد الطريق أمام مشروع DEMO - محطة الطاقة التجريبية. يُتوقع أن تكون DEMO أول محطة اندماج نووي تُنتج الكهرباء للشبكة، ربما بحلول أربعينيات القرن الحالي. وستعتمد على نتائج ITER، مُستفيدةً من الدروس المستفادة ومُوسّعةً نطاق التكنولوجيا للاستخدام التجاري. في غضون ذلك، تتسابق الشركات الخاصة والمختبرات الوطنية حول العالم لتطوير مفاعلات اندماج نووي صغيرة الحجم، باستخدام تصاميم بديلة ونهج مبتكرة. وبينما يبقى ITER رائدًا في أبحاث الاندماج النووي العالمية، فإنه جزء من منظومة أوسع تُسرّع التقدم نحو مستقبل يعتمد على طاقة الاندماج النووي.