تحويل الشمس الي مفاعل نووي | طاقة الشمس الجبارة تحت أيدينا

حقق العلماء الأمريكيون الذين يحاولون الاستفادة من قوة الشمس إنجازًا ثانيًا رئيسيًا لمستقبل الطاقة الخضراء المستدامة | كرر العلماء تجربة الاندماج النووي في ديسمبر 2022. | لكن هذه المرة ، أنتجوا طاقة من هذه التجربة أكثر من المرة الأولى. | هذه التجارب هي تاريخ في طور التكوين ، وتقربنا خطوة واحدة من مستقبل قائم على الاندماج.
في تجربة ثانية ناجحة ، قال علماء أمريكيون إنهم أنتجوا تفاعل اندماج نووي ينتج عنه طاقة أكثر مما وضعوه فيه.
بعد عقود من المحاولات ، هذه هي المرة الثانية فقط في التاريخ التي يحقق فيها العلماء مثل هذا الإنجاز ، ويمكن أن تبشر بعصر مستقبلي من الطاقة النظيفة والمستدامة ، على عكس أي شيء رأيناه من قبل.

ماهي أهمية الاندماج النووي لاحتياجات الطاقة العالمية ؟

نرى القوة الهائلة للاندماج النووي في العمل كل يوم – في الشمس. | في قلب الشمس ، تتسبب الحرارة والجاذبية الهائلة في اندماج الهيدروجين في الهيليوم ، مما يولد طاقة كافية في الساعة لتشغيل 2880 تريليون مصباح كهربائي مدى الحياة ، وفقًا لمراجعات الطاقة الشمسية.
يعد إنشاء نفس القوة التي تشغل الشمس هنا على الأرض تحديًا ، ولكنه يستحق الجهد إذا كنا سنحل أزمة الطاقة العالمية المستمرة.
يتوقع الخبراء أن يستمر استهلاك الكهرباء العالمي في النمو حتى عام 2050 ، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية. تؤدي زيادة أسعار النفط ومحاولات الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري إلى زيادة الطلب على الطاقة المتجددة والصديقة للبيئة.

ماهي قدرة الاندماج النووي الشمسي على توفير الطاقة ؟

يولد الاندماج ما بين 20 مليون إلى 100 مليون مرة من الطاقة لكل كيلوغرام من الوقود مقارنة بالوقود الأحفوري. حوالي غرام واحد من الوقود للاندماج النووي يعادل 2400 جالون من النفط ، وفقًا لوزارة الطاقة. كما أن مصادر الوقود للاندماج النووي ومياه البحر والليثيوم وفيرة وتنتج طاقة خالية من الكربون. بمعنى أنه على عكس الوقود الأحفوري ، فإن الاندماج النووي لا يساهم في غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي التي تؤدي إلى تغير المناخ.
قالت وزيرة الطاقة جنيفر جرانهولم بعد تجربة الاختراق في ديسمبر 2022: “هذا الإنجاز يقودنا خطوة مهمة إلى الأمام نحو إمكانية انعدام انبعاثات الكربون الوفيرة من الطاقة التي تغذي مجتمعنا”. في ديسمبر 2022 ، أنتج العلماء الأمريكيون 3.15 ميغا جول من الطاقة من تجربة الاندماج النووي – 1.1 ميغا جول أكثر من 2.05 ميغا جول المستخدمة لتشغيل التفاعل. لقد كان إنجازًا كبيرًا وكانت المرة الأولى التي تولد فيها تجربة اندماج فائض في الطاقة. أجريت كلتا التجربتين في منشأة الإشعال الوطنية ، وهي جزء من مختبر لورانس ليفرمور الوطني.

أظهرت النتائج الأولية لتجربة 30 يوليو إنتاجًا أكبر من 3.5 ميغا جول ، حسبما ذكرت صحيفة فاينانشيال تايمز. هذا ما يقرب من 1 كيلو واط في الساعة. لوضع ذلك في المنظور الصحيح ، تستخدم العديد من غسالات ملابس Energy Star حوالي 100 كيلو وات في الساعة كل عام ، لذا فإن 1 كيلو وات في الساعة يكفي لتشغيل واحدة من تلك الغسالات لحوالي ثلاثة أحمال. ومع ذلك ، فإن نجاح التجربة يتطلب تحليلًا إضافيًا قبل أن يكون العلماء مستعدين للإفصاح عن مزيد من التفاصيل ونشر نتائجهم في مجلة علمية محكمة.
قال بول راين ، ممثل عام في المختبر ، في بيان عبر البريد الإلكتروني: “كما هي ممارستنا المعتادة ، نخطط للإبلاغ عن هذه النتائج في المؤتمرات العلمية القادمة وفي المنشورات التي يراجعها العلماء الأفزاز”.

لماذا يتفوق الاندماج النووي على الانشطار النووي ؟

تستخدم محطات الطاقة النووية الحالية الانشطار لتوليد الطاقة. على عكس الاندماج ، الذي يربط الذرات معًا لتوليد الطاقة ، فإن الانشطار يقسم الذرات عن بعضها. الانشطار هو في الواقع ما يشغل القنابل الذرية ، والتي تم تطويرها لأول مرة من مشروع مانهاتن الذي يديره جي روبرت أوبنهايمر. في النهاية ، تعلم العلماء تسخير الانشطار في المفاعلات لتوليد الطاقة. بالنسبة للبعض ، الهدف النهائي ، مع ذلك ، ليس الانشطار ، ولكن مفاعلات الاندماج.
يطلق كل من الاندماج والانشطار كميات كبيرة من الطاقة. لكن الانضمام إلى نواتين هيدروجين لتكوين الهيليوم لا يولد نفس منتجات النفايات النووية طويلة العمر التي ينتج عنها تفكيك اليورانيوم والبلوتونيوم.
في حين أن الانشطار يخلق تفاعلًا متسلسلًا ، فإن مفاعلات الاندماج النووي في المستقبل لن تفعل ذلك ، لتجنب خطر الانهيار. يمكن أن ينتج الاندماج أيضًا أربعة أضعاف الطاقة التي ينتجها الانشطار ، وفقًا للوكالة الدولية للطاقة الذرية.

لا يزال أمام العلماء بعض التحديات قبل ثورة الاندماج النووي.

في حين يبدو أن منشاة الاشعال الوطنية في طريقها لتوليد طاقة إضافية مرارًا وتكرارًا من تجاربها النووية ، إلا أن هناك العديد من العقبات التي لا تزال أمامها قبل أن يعمل العالم على مفاعلات الاندماج ، كما قال الخبراء. للبدء ، تتطلب طريقة NIF مواد مشعة. ويستخدم كبسولة صغيرة من الديوتيريوم والتريتيوم ، ونظيري الهيدروجين ، و 192 ليزرًا. التريتيوم مادة مشعة ، وقد قال أرجون مخيجاني ، رئيس معهد أبحاث الطاقة والبيئة ، بأن العديد من آثاره الصحية لا تزال قيد الدراسة.
علاوة على ذلك ، كتب دانييل جاسبي ، الفيزيائي الذي كان يعمل سابقًا في مختبر برينستون لفيزياء البلازما ، في عام 2017 أن مفاعلات الاندماج ستظل تنتج مواد مشعة يجب دفنها. كتب جاسبي أن مستوى النشاط الإشعاعي للنفايات سيكون أقل ، لكن سيكون هناك المزيد منه.
استغرق الأمر أيضًا كمية كبيرة من الطاقة لتشغيل ليزر NIF ، وهي مشكلة يحتاج العلماء إلى حلها قبل توسيع نطاق العملية لتوفير الكهرباء للشبكة. يجب أن يكون العائد أعلى بكثير وأن تكون العملية أسرع بكثير ، وفقًا لتقرير حديث في سياسة الطاقة.
حتى مع النجاحات الجديدة ، قد يستغرق الأمر عقودًا حتى تصبح التكنولوجيا قادرة على المنافسة مع الأساليب الحالية لإنتاج الطاقة. لكنها خطوة واعدة أخرى لمستقبل الطاقة النظيفة.