نحن نعلم أن فضول الإنسان للتحكم في كل شيء أدى إلى اكتشاف التطورات التكنولوجية العظيمة. من أكبر المشاكل التي يواجهها الإنسان في هذا القرن أزمة الطاقة. هذا يعني أنه يجب تطوير جميع الجوانب الضرورية لإجراء الاندماج النووي. ال الصين الشمس الاصطناعية تقترب من تحقيق الاندماج النووي وإنهاء مشاكل أزمة الطاقة.
في هذه المقالة سوف نخبرك ما هي الشمس الاصطناعية في الصين ، وما هي خصائصها ومدى أهميتها لنموذج الطاقة العالمي.
ما هي الشمس الاصطناعية للصين
يسمونها الشمس الاصطناعية لأنها تستخدم نفس مصدر الطاقة كأقرب نجم لنا. إنه أحد أكثر التطورات الواعدة في العلوم ، باسم تقني يسمى الانصهار: مصدر طاقة شبه نظيف كانت القوى العظمى تطارده منذ عقود. لدرجة أنه قيل قبل خمسين عامًا أنه لم يتبق سوى خمسين عامًا ...
ومع ذلك ، يبدو أننا نقترب. من بين أمور أخرى ، لأن الصين حطمت للتو الرقم القياسي لأطول تفاعل اندماج نووي: 120 مليون درجة مئوية لمدة 101 ثانية.
أولاً ، سنمضي قدمًا ونشرح ما هو الاندماج النووي حقًا. تعمل محطات الطاقة النووية التقليدية عن طريق إطلاق الطاقة من الانشطار. وهذا يعني "كسر" الذرة. وهكذا ، يتم استخدام اليورانيوم المخصب المقصف بالنيوترونات لبدء تفاعل نووي متسلسل.
تعمل هذه المصانع منذ أكثر من نصف قرن. محدد، تم الانتهاء من أول محطة للطاقة النووية المتصلة بالشبكة في الاتحاد السوفيتي في عام 1954. ومع ذلك ، وكما تظهر لنا سلسلة كوارث تشيرنوبيل النووية ، فإنها لا تخلو من المخاطر.
من ناحية ، لدينا سلسلة من ردود الفعل غير المنضبط. على الرغم من أن العواقب كانت كارثية ، إلا أن مثل هذه الأحداث غير طبيعية للغاية. المشكلة الحقيقية في الانشطار النووي هي النفايات التي ينتجها ، والتي يمكن أن تظل مشعة بشكل خطير لمئات السنين.
على العكس من ذلك ، اندماج نووي أو شمس اصطناعية توفر القدرة على توليد الطاقة بأمان مع القليل من النفايات أو بدونها. بفضل بصمة الكربون المنخفضة ، يمكن أن تكون أداة قوية في مكافحة تغير المناخ.
كيف يتم تحقيق الاندماج النووي
كيف يتم تحقيقها؟ بشكل أساسي ، فهو يجمع بين نواتين خفيفتين في نواة واحدة ثقيلة ، مما يعرضهما لضغط هائل ودرجات حرارة عالية للغاية. يطلق التفاعل أيضًا طاقة لأن النوى الناتجة أقل كتلة من النواتين الأوليين فقط.
عادةً ما يعتمد الوقود المستخدم في تكوين شمس اصطناعية على نظائر الديوتيريوم والتريتيوم. يمكن استخلاص الديوتيريوم من مياه البحر ، بينما يمكن استخلاص التريتيوم من الليثيوم.. كلا العنصرين وفير بوفرة مطلقة ، يكاد يكون لانهائي مقارنة باليورانيوم. على سبيل المثال ، يمكن أن ينتج الديوتيريوم الموجود في لتر واحد من مياه البحر طاقة تعادل ثلاثمائة لتر من الزيت.
لفهم الطاقة المنبعثة أثناء الاندماج ، يكفي أن نأخذ في الاعتبار أن بضعة جرامات من الوقود يمكن أن تولد تراجول: يكفي لتلبية احتياجات الطاقة لشخص في دولة متقدمة لمدة ست سنوات.
تنتج تفاعلات الاندماج أيضًا نفايات. معظمه من الهيليوم ، وهو غاز خامل. ومع ذلك ، يتم أيضًا إنتاج كميات صغيرة من النفايات المشعة المشتقة من التريتيوم.
لحسن الحظ ، فإنها تتحلل قبل وقت طويل من نظيراتها الانشطارية. على وجه التحديد ، يمكن إعادة استخدامها أو إعادة تدويرها في أقل من مائة عام. من ناحية أخرى ، يؤثر تدفق النيوترونات الذي يحدث أثناء الاندماج على المواد المحيطة ، والتي تصبح تدريجية مشعة دون حماية. وبالتالي، سيكون حماية هيكل المفاعل جانبًا مهمًا آخر.
كيف تعمل الشمس الاصطناعية في الصين
حسنًا ، لدينا الآن وقود التريتيوم والديوتيريوم والمبادئ الأساسية للعملية. ولكن كيف تعمل هذه العملية بالضبط؟ هنا ، إذن ، ابدأ المزالق عند الانتقال من النظرية إلى التطبيق.
كما توقعنا ، كان من الضروري تطبيق ضغوط ودرجات حرارة عالية جدًا. يكفي لتحويل الوقود إلى بلازما شديدة الحرارة. يجب أن تتصادم الذرات مع بعضها البعض عند درجات حرارة لا تقل عن 100 مليون درجة مئوية ، مع ضغط كافٍ لتقريبهم لدرجة أن الانجذاب النووي يتغلب على التنافر الكهربائي.
إن إنشاء توازي تقريبي يشبه التغلب على تنافر مغناطيسين لهما نفس القطبية حتى تتمكن من لصقهما معًا. لتحقيق هذه الظروف القاسية ، يتم استخدام المجالات المغناطيسية وأشعة الليزر القوية لتركيز الوقود. بمجرد الوصول إلى حالة البلازما شديدة الحرارة ، يجب الاستمرار في إضافة الوقود أثناء محاولة التحكم في انبعاثات الحرارة العالية دون تدمير المفاعل.
بالطبع، لا توجد مادة في العالم يمكنها تحمل 100 مليون درجة مئوية دون أن تذوب على الفور. هذا هو المكان الذي يلعب فيه حبس البلازما ، ويتم تحقيق ذلك من خلال أنواع مختلفة من المفاعلات.
أحدث التطورات في الاندماج النووي
كما توقعنا في الأصل ، فإن أحد آخر التطورات في الاندماج النووي هو الصين. في مايو 2021 ، أعلن باحثون في معهد الجنوب الغربي للفيزياء (SWIP) في مدينة تشنغدو بالصين أن مفاعلهم HL-2M قد حطم جميع الأرقام القياسية لتجارب الاندماج النووي.
على الرغم من أنها عملية معقدة ، إلا أن التحدي الأكبر ليس الاندماج بحد ذاته ، كما تم تحقيقه في العديد من المفاعلات في السنوات الأخيرة. التحدي الحقيقي هو الحفاظ عليه بمرور الوقت: قلة من الناس قادرون على القيام بأكثر من بضع ثوان.
هذا هو المكان الذي حصل فيه علماء SWIP على ميداليتهم: لقد وصلوا إلى درجة حرارة 150 مليون درجة مئوية لمدة 101 ثانية. وسجلت كوريا الجنوبية الرقم القياسي السابق في 20 ثانية.
يتم الإعلان عن هذا المفاعل الذي يشبه التوكاماك على أنه "شمس اصطناعية" ، لكنه في الواقع أكثر سخونة بعشر مرات من لب الشمس. كل الأنظار الآن على أكبر رهان دولي حتى الآن: ITER. هذا المشروع العظيم تضم 35 دولة أنجزت للتو المرحلة الأولى من البناء. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسيكون المفاعل النهائي قادرًا على توليد 500 ميجاوات من الكهرباء حوالي عام 2035.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن المنفرد المصطنع من الصين وخصائصه.