عزز كشف حديث في مجال الطاقة من قبل علماء أميركيين آمال العالم في الطاقة النظيفة، إذ سيوفر ما يعرف بـ “صافي اكتساب الطاقة” وهي التكنولوجيا التي تمكن العلماء من الوصول إليها، إلى توفير بديلاً وفيراً وخال من الكربون لإنتاج الطاقة.
يأتي هذا، بعدما حقق علماء في مختبرات الحكومة الأميركية انفراجة في السعي وراء طاقة غير محدودة وخالية من الكربون من خلال تحقيق مكاسب صافية من الطاقة في تفاعل الاندماج النووي لأول مرة، وفقاً لما نقلته “فايننشال تايمز” نقلا عن مصادر، واطلعت عليه “العربية.نت”.
وسعى الفيزيائيون منذ خمسينيات القرن الماضي إلى تسخير تفاعل الاندماج الذي يمد الشمس بالطاقة، ولكن لم تكن أي مجموعة قادرة على إنتاج طاقة من التفاعل أكثر مما تستهلكه – وهو ما يعرف باسم “صافي اكتساب الطاقة”، والتي من شأنها أن تساعد في توفير بديلاً موثوقاً به وفيراً للوقود الأحفوري والطاقة النووية التقليدية.
طاقة الاندماج
تعمل محطات الطاقة النووية الحالية من خلال الانشطار – وهو تقسيم الذرات الثقيلة لتوليد الطاقة. وخلال الانشطار، يصطدم النيوترون بذرة يورانيوم ثقيلة، ويقسمها إلى ذرات أخف وبالتالي ينتج الكثير من الحرارة والطاقة في نفس الوقت.
من ناحية أخرى، يعمل الاندماج في الاتجاه المعاكس – فهو يتم عبر دمج ذرتين (غالبا ذرتي هيدروجين) معا لإنشاء عنصر جديد (والذي يكون غالبا الهيليوم) بنفس الطريقة التي تولد بها النجوم الطاقة.
وفي هذه العملية، تفقد ذرتا الهيدروجين كمية صغيرة من الكتلة، والتي يتم تحويلها إلى طاقة، ونظرا لأن سرعة الضوء التي تجري بها العملية كبيرة جدا، فحتى كمية صغيرة من الكتلة المفقودة يمكن أن تؤدي إلى كم كبير من الطاقة.
وقالت مصادر “فايننشال تايمز”، إن مختبر “لورانس ليفرمور” الوطني الفيدرالي في كاليفورنيا، قد حقق مكاسب صافية في الطاقة في تجربة الاندماج في الأسبوعين الماضيين. وعلى الرغم من أن العديد من العلماء يعتقدون أن محطات الطاقة الاندماجية لا تزال على بعد عقود، إلا أنه من الصعب تجاهل إمكانات التكنولوجيا.
مزايا طاقة الاندماج
لا تصدر تفاعلات الاندماج أي انبعاثات كربون، ولا تنتج أي نفايات مشعة طويلة العمر، ويمكن نظرياً لكوب صغير من وقود الهيدروجين تزويد المنزل بالطاقة لمئات السنين.
ويأتي اختراق الولايات المتحدة في الوقت الذي يتصارع فيه العالم مع ارتفاع أسعار الطاقة والحاجة إلى الابتعاد بسرعة عن حرق الوقود الأحفوري لوقف ارتفاع متوسط درجات الحرارة العالمية إلى مستويات خطيرة.
ومن خلال قانون الحد من التضخم، ستخصص إدارة الرئيس الأميركي، جو بايدن ما يقرب من 370 مليار دولار في إعانات جديدة للطاقة منخفضة الكربون في محاولة لخفض الانبعاثات والفوز بسباق عالمي للجيل التالي من التكنولوجيا النظيفة.
وقالت مصادر مطلعة على النتائج إن تفاعل الاندماج في منشأة الحكومة الأميركية أنتج حوالي 2.5 ميغا جول من الطاقة، مقارنة باستهلاك طاقة تقدّر بـ 2.1 ميغا جول، فيما لا تزال البيانات قيد التحليل.
تجربة الليزر
بدورها، قالت وزارة الطاقة الأميركية في بيان أمس الثلاثاء: ” سيوفر هذا الإنجاز التاريخي والأول من نوعه قدرة غير مسبوقة لدعم برنامج الإشراف على المخزونات NNSA وسيوفر رؤى لا تقدر بثمن حول آفاق طاقة الاندماج النظيفة، والتي من شأنها أن تغير قواعد اللعبة للجهود المبذولة لتحقيق هدف صافي انبعاثات كربونية صفرية”.
بدورها، قالت وزيرة الطاقة جينيفر غرانهولم: “كان لدينا فهم نظري للاندماج لأكثر من قرن، لكن الرحلة من المعرفة إلى الفعل يمكن أن تكون طويلة وشاقة”.
ومع ذلك، أوضحت مصادر “فايننشال تايمز”، أنه لا يزال تحديد العائد الدقيق بعيد ولا يمكن تأكيد أنه تجاوز الحد الأدنى في هذا الوقت. وأشارت المصادر، إلى أن إنتاج الطاقة خلال الاختبار كان أكبر من المتوقع، مما أدى إلى إتلاف بعض معدات التشخيص، والذي يعقد التحليل.
تم تصميم منشأة لورانس ليفرمور، بتكلفة 3.5 مليار دولار بشكل أساسي لاختبار الأسلحة النووية عن طريق محاكاة الانفجارات، ولكنها استخدمت فيما بعد لتعزيز أبحاث طاقة الاندماج.
عند إطلاق استراتيجية الطاقة الاندماجية الجديدة في البيت الأبيض هذا العام، وصف عضو الكونغرس دون باير، رئيس تجمع طاقة الاندماج من الحزبين، التكنولوجيا بأنها “الكأس المقدسة” للطاقة النظيفة، مضيفاً: “نجاح تجربة الاندماج سيكون له القدرة على انتشال الكثير من المواطنين من الفقر أكثر من أي شيء آخر منذ اختراع النار”.
عائق كبير
في الوقت الحالي، يمكن للباحثين إجراء تفاعل الاندماج مرة واحدة فقط في اليوم، حتى يتثنى للجهاز الذي ينتج شعاع الليزر بأن يبرد، واستبدال الذرات المندمجة بذرات هيدروجين جديدة غير مندمجة.
ولكي تكون العملية ناجحة تجاريا يجب أن يستطيع العلماء القيام بالعملية عدة مرات في الثانية الواحدة.
وتضغط أشعة الليزر ذرات الهيدروجين إلى حوالي 100 ضعف كثافة الرصاص وتسخنها إلى حوالي 100 مليون درجة مئوية، وهذه الحرارة أكثر من 6 مرات حرارة لب الشمس.
ما هي فوائد الاندماج؟
تعد تكنولوجيا الاندماج النووي أكثر أمانا من الانشطار، لأن الاندماج لا يمكن أن يخلق تفاعلات جامحة أو يسبب خطر كوارث كبيرة، كما أنه لا ينتج منتجات ثانوية مشعة تحتاج إلى تخزينها بأمان، أو انبعاثات كربونية ضارة.
ومن غير المحتمل أن ينفد الوقود إذ أن وقود الاندماج هو مجرد ذرات هيدروجين ثقيلة يمكن العثور عليها في مياه البحر.
وزيرة الطاقة الأميركية
تجارب موازية
وتركز معظم أبحاث الاندماج على نهج مختلف يُعرف باسم اندماج الحقل المغناطيسي، حيث يتم الاحتفاظ بوقود الهيدروجين في مكانه بواسطة مغناطيس قوي ويتم تسخينه إلى درجات حرارة قصوى بحيث تندمج النوى الذرية للذرات.
في الاثني عشر شهراً المنتهية في يونيو، جمعت شركات الاندماج 2.83 مليار دولار من الاستثمارات، وفقاً لجمعية Fusion Industry Association، مما رفع إجمالي استثمارات القطاع الخاص حتى الآن إلى ما يقرب من 4.9 مليار دولار.
وقد وصف نيكولاس هوكر، الرئيس التنفيذي لشركة First Light Fusion الناشئة في أكسفورد، والتي تعمل على تطوير نهج مشابه لتلك المستخدمة في NIF، الاختراق المحتمل بأنه “تغيير قواعد اللعبة”.
