العلماء يصنعون نجمًا في المختبر: كيف يبحث العلم عن الطاقة اللانهائية للاندماج النووي

هل الاندماج النووي الحراري حالة رهيبة لا يمكن السيطرة عليها أم مصدر واعد للطاقة؟ العلماء

نعتقد أن هذا الأخير هو الصحيح.

حقق العلماء في الولايات المتحدة وأوروبا تقدمًا نحو ذلكخلق الطاقة الذاتية المتجددة من الاندماج النووي. الاندماج النووي هو ما يحدث في الشمس والنجوم الأخرى. خلال هذه العملية ، تتحد نواتان ذريتان وتشكلان نواة واحدة كبيرة.

يمكن أن توفر قوة الاندماج مصدر طاقة لا ينضب تقريبًا للأجيال القادمة ، ولكن لا يزال هناك الكثير من العمل في المستقبل.

ماذا فعل مؤلفو الدراسة الجديدة؟

قال الباحثون إنه في فبراير 2022لقد تلقوا 59 ميغا جول من طاقة الاندماج المستدامة - أعادوا إنتاج نفس العملية التي تزود النجوم بالطاقة ، ولا سيما الشمس. كان الرقم القياسي السابق أقل بقليل من 22 ميغا جول. تم تثبيته في عام 1997.

إيان تشابمان ، رئيس هيئة الطاقة الذريةوصفته بريطانيا العظمى بأنه حدث تاريخي يجعل الباحثين أقرب إلى حل أحد أكبر الأسئلة في العلم: كيفية الحصول على طاقة غير محدودة باستخدام الاندماج النووي.

"نحن نجمع المعرفة ونطور الجديدقال تشابمان: "التقنيات اللازمة لإنشاء مصدر طاقة أساسي مستدام ومنخفض الكربون سيساعدنا على استخدام قدر أقل من موارد الأرض" ، "يحتاج عالمنا إلى قوة اندماج".

كيف كانت التجربة؟

في نهاية يناير 2022 ، باحثون أمريكيوناستخدم أكبر ليزر في العالم ووقود اندماجي قسري لتسخين حالة حرق البلازما. كانت محاولة لخلق طاقة اندماج نووي ذاتية الاستدامة.

البلازما هي الغازات المسخنة حيث تحدث تفاعلات الاندماج. تحتوي على جسيمات مشحونة تحمل مجالات مغناطيسية قوية في مكانها.

وقد حذر العلماء من ذلك في هذا الاتجاههناك حاجة لسنوات من العمل ، ومستوى الطاقة الذي تم تحقيقه حتى الآن منخفض. للمقارنة ، 59 ميغا جول كافية لغلي حوالي 60 غلاية من الماء.

كيف يعمل الاندماج النووي؟

تستخدم محطات الطاقة النووية اليوم الطاقة النوويةالانشطار هو في الواقع انقسام نواة الذرة ، والاندماج النووي هو عملية الجمع بين نواتين ذرات. يطلق كلا التفاعلين الكثير من الطاقة ، لكن الاندماج النووي ينتج المزيد من الطاقة ويولد القليل من النفايات النووية.

يحدث الاندماج عند ذرتين خفيفتينتندمج معًا أو تندمج لتشكيل واحدة أثقل. الكتلة الكلية للذرة الجديدة أقل من الكتلة الكلية للذرة الجديدة. يتم تحرير الكتلة المفقودة كطاقة ، كما أكدت معادلة ألبرت أينشتاين الشهيرة: E = mc².

هناك عدة طرق للعبالاندماج النووي: كلها تستند إلى مجموعات ذرية مختلفة. الأكثر شيوعًا هو اندماج ذرة الديوتيريوم مع ذرة التريتيوم. تتطلب هذه العملية درجة حرارة تقارب 39 مليون درجة مئوية. نتيجة لذلك ، يتم إنتاج 17.6 مليون إلكترون فولت من الطاقة.

الديوتيريوم مكون واعد لأنه أحد نظائر الهيدروجين. الهيدروجين هو أحد مكونات الماء ، ويمكن أن ينتج 3.8 لتر من الماء نفس القدر من الطاقة مثل 1136 لترًا من البنزين.

ما هي مشكلة الاندماج النووي؟

قد تصبح قوة الاندماج النووي تقريبًامصدر طاقة لا ينضب للأجيال القادمة ، ولكنه يخلق أيضًا العديد من التحديات العلمية والهندسية. تتمتع الشمس بالشروط اللازمة للاندماج النووي ، وتتشكل بسبب قوى الجاذبية القوية. لكن من الأصعب بكثير تكرار ذلك على الأرض.

وقود الانصهار - على سبيل المثال ، متنوعنظائر الهيدروجين - يجب تسخينها إلى درجات حرارة قصوى: حوالي 50 مليون درجة مئوية. ويجب الحفاظ على مثل هذه الحالة تحت ضغط قوي لفترة كافية لتندمج النوى.

В последнем эксперименте с ядерным синтезом تلقى العلماء 59 ميغا جول من الطاقة في 5 ثوان. بالتعبير عن هذا من حيث القوة ، فإنه يصل إلى ما يزيد قليلاً عن 11 ميجاوات في خمس ثوانٍ ، في المتوسط. الرقم القياسي السابق البالغ 22 ميغا جول هو 4.4 ميغاواط في 5 ثوان.

قال توني دون ، مدير برنامج مجموعة EUROfusion المسؤولة عن الدراسة ، إن العلماء يسيرون على الطريق الصحيح.

"إذا استطعنا الحفاظ على الاندماج النووي لمدة خمس ثوان ، فيمكننا القيام بذلك لمدة خمس دقائق ثم خمس ساعات. كل ذلك بينما نوسع قدراتنا "، قال دون.

قال البروفيسور دون أن الاندماج النووي ممكنأن تصبح مصدرًا رئيسيًا نظيفًا ومستدامًا للطاقة في المستقبل. لها مزايا رئيسية ، مثل أنها لا تولد نفايات مشعة ، ويمكن إعادة تدوير مواد المفاعل أو إعادة استخدامها في غضون 100-300 عام.

قراءة المزيد:

أثبت وجود ثقب أسود في المجرة أن أينشتاين كان على حق. الشيء الرئيسي

الفضاء يدمر العظام ويغير هيكلها: لا يعرف العلماء كيف سيطير الناس إلى المريخ

وجد علماء الفلك كواكب مختلفة عن الأرض ، لكنها مناسبة للحياة