اختراق في مجال طاقة الاندماج في الولايات المتحدة: كل ما تحتاج إلى معرفته

ولكن ما هو حجم الصفقة “صافي ربح الطاقة” على أي حال – وماذا يعني ذلك بالنسبة لمحطات الطاقة الاندماجية في المستقبل؟ إليك ما تحتاج إلى معرفته.

تعمل محطات الطاقة النووية الحالية من خلال الانشطار النووي – تفتيت الذرات الثقيلة لتوليد الطاقة. في حالة الانشطار ، يتصادم النيوترون مع ذرة يورانيوم ثقيلة ، ويقسمها إلى ذرات أخف ويطلق الكثير من الحرارة والطاقة في نفس الوقت.

من ناحية أخرى ، يعمل الاندماج بالطريقة المعاكسة – فهو يتضمن تحطيم ذرتين (غالبًا ذرتين هيدروجين) معًا لإنشاء عنصر جديد (غالبًا الهيليوم)و بنفس الطريقة التي تولد بها النجوم الطاقة. في هذه العملية ، تفقد ذرتا الهيدروجين كمية صغيرة من الكتلة ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة ، E = mc². لأن سرعة الضوء سريع جدا – 300.000.000 متر في الثانية – حتى كمية ضئيلة من الكتلة يمكن أن ينتج عنها طن من الطاقة.

ما هو “صافي ربح الطاقة” وكيف حققه الباحثون؟

حتى هذه النقطة ، كان الباحثون قادرين على دمج ذرتين من الهيدروجين معًا بنجاح ، ولكن دائمًا ما يتطلب التفاعل طاقة أكبر من تلك التي تسترجعها. لقد كان كسب الطاقة الصافي – حيث يستعيدون طاقة أكثر مما يضعونه في إنشاء التفاعل – هو الكأس المقدسة بعيد المنال لأبحاث الاندماج.

الآن ، من المتوقع أن يعلن الباحثون في منشأة الإشعال الوطنية في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا أنهم حققوا مكاسب صافية من الطاقة عن طريق إطلاق الليزر على ذرات الهيدروجين. تضغط أشعة الليزر البالغ عددها 192 ذرات الهيدروجين إلى ما يقرب من 100 مرة كثافة الرصاص وتسخنها إلى ما يقرب من 100 مليون درجة مئوية. تؤدي الكثافة العالية ودرجة الحرارة إلى اندماج الذرات في الهيليوم.

تتضمن الطرق الأخرى التي يتم البحث عنها استخدام المغناطيس لتقييد البلازما فائقة السخونة.

قالت ميلاني ويندريدج ، عالمة فيزياء البلازما والمديرة التنفيذية لشركة Fusion Energy Insights: “إذا كان هذا ما نتوقعه ، فهو يشبه لحظة كيتي هوك للأخوين رايت”. “إنها مثل إقلاع الطائرة.”

هل هذا يعني أن طاقة الاندماج جاهزة لوقت الذروة؟

لا ، يشير العلماء إلى الاختراق الحالي على أنه “صافي اكتساب الطاقة العلمي” – مما يعني أن طاقة خرجت من التفاعل أكثر مما تم إدخاله بواسطة الليزر. هذا معلم ضخم لم يتم تحقيقه من قبل.

لكنها مجرد مكاسب صافية للطاقة على المستوى الجزئي. وفقًا لتروي كارتر ، عالم فيزياء البلازما بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، فإن كفاءة الليزر المستخدمة في مختبر ليفرمور تبلغ 1 في المائة فقط. وهذا يعني أن تشغيل الليزر يستهلك طاقة تزيد بمقدار 100 مرة عن تلك التي يمكنها في النهاية توصيلها إلى ذرات الهيدروجين.

لذلك لا يزال يتعين على الباحثين الوصول إلى “صافي ربح الطاقة الهندسي” ، أو النقطة التي تستهلك فيها العملية بأكملها طاقة أقل مما ينتج عن التفاعل. سيتعين عليهم أيضًا معرفة كيفية تحويل الطاقة الناتجة – حاليًا في شكل طاقة حركية من نواة الهليوم والنيوترون – إلى شكل يمكن استخدامه للكهرباء. يمكنهم فعل ذلك عن طريق تحويله إلى حرارة ، ثم تسخين البخار لتشغيل التوربين وتشغيل مولد. هذه العملية لها أيضا قيود الكفاءة.

كل هذا يعني أن كسب الطاقة ربما يحتاج إلى دفع أعلى بكثير حتى يكون الاندماج قابلاً للتطبيق تجاريًا.

في الوقت الحالي ، يمكن للباحثين أيضًا إجراء تفاعل الاندماج مرة واحدة يوميًا. فيما بينهما ، يجب عليهم السماح لليزر بالتبريد واستبدال هدف وقود الاندماج. يجب أن يكون المصنع المجدي تجاريًا قادرًا على القيام بذلك عدة مرات في الثانيةيقول دينيس وايت ، مدير مركز علوم البلازما والاندماج في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. قال: “بمجرد أن تحصل على الجدوى العلمية ، عليك أن تعرف الجدوى الهندسية.”

ما هي فوائد الاندماج؟

إمكانيات فيوجن ضخمة. التكنولوجيا أكثر أمانًا بكثير من التكنولوجيا النووية الانشطار النووي، لأن الاندماج لا يمكن أن يخلق ردود فعل جامحة. كما أنها لا تنتج منتجات ثانوية مشعة يجب تخزينها أو انبعاثات كربونية ضارة ؛ إنه ببساطة ينتج الهيليوم الخامل والنيوترون. وليس من المحتمل أن ينفد الوقود: إن وقود الاندماج هو مجرد ذرات هيدروجين ثقيلة ، والتي يمكن العثور عليها في مياه البحر.

متى يمكن للاندماج أن يزود بيوتنا بالطاقة؟

هذا هو سؤال تريليون دولار. لعقود من الزمان ، مازح العلماء أن الاندماج دائمًا ما يكون على بعد 30 أو 40 عامًا. على مر السنين ، توقع الباحثون بشكل مختلف أن مصانع الاندماج ستكون جاهزة للعمل في التسعينيات ، والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، والعشرينيات من القرن الحادي والعشرين. يجادل خبراء الاندماج الحاليون بأن الأمر ليس مسألة وقت ، بل مسألة إرادة – إذا قامت الحكومات والجهات المانحة الخاصة بتمويل الاندماج بقوة ، كما يقولون ، يمكن أن يكون نموذج أولي لمحطة اندماج الطاقة متاحًا في ثلاثينيات القرن الحالي.

قال كارتر: “الجدول الزمني ليس في الحقيقة مسألة وقت”. “إنها مسألة الابتكار وبذل الجهد.”

اشترك للحصول على آخر الأخبار حول تغير المناخ والطاقة والبيئة ، والتي يتم تسليمها كل يوم خميس