تتسابق دول العالم لبناء محطة طاقة اندماجية لإنتاج كميات كبيرة من الطاقة، لكن الأمر سيستغرق سنوات عديدة واستثمارات بمليارات الدولارات، حيث حاول العلماء على مدى عقود بناء محطات طاقة تستخدم تفاعل الاندماج لتوليد كميات وفيرة من الكهرباء وخالية من الكربون الملوث للبيئة والمتسبب في التغيرات المناخية.
خصائص الكبسولة الكروية
وجه العلماء في منشأة الإشعال الوطنية في كاليفورنيا المعروفة بـ "NIF" في ديسمبر الماضي، أشعة الليزر 192 الخاصة بهم إلى أسطوانة تحتوي على كبسولة وقود صغيرة من الماس، وتسبب ذلك الانفجار القوي لضوء الليزر في خلق درجات حرارة وضغوط هائلة وأثار تفاعلًا اندماجيًا وهو التفاعل الذي يمد الشمس بالطاقة.
وكانت NIF أجرت مثل هذه التجارب من قبل، ولكن تلك المرة مختلفة حيث كانت الطاقة التي خرجت من التفاعل أكثر من طاقة الليزر المستخدمة في إطلاقه.
يعتبر أحد المكونات الرئيسية في NIF هو كبسولة ماسية اصطناعية بحجم حبة الفلفل تحتوي علي الوقود، وتعد خصائص هذه الكبسولة الكروية ضرورية لإنشاء تجربة اندماج ناجحة، ويشترط أن يكون المجال أملس تمامًا وخاليًا من الملوثات أو أي شذوذ من الممكن أن يفسد التفاعل.
فشل التلميع على المستوى المجهري
يقول كريستوف وايلد المدير الإداري لشركة "Diamond Materials"، إن الطلب على الكبسولات الكروية مرتفع جدًا، متابعًا: "نحن نتعاون بشكل وثيق مع لورانس ليفرمور ونحاول تقليل العيوب مثل الشوائب أو التجاويف أو الجدران غير المستوية."
يذكر أن فريقًا مكونًا من 25 فردًا في الشركة يقوم بتصنيع الماس الاصطناعي من خلال عملية تسمى ترسيب البخار الكيميائي، ويستغرق الأمر نحو شهرين لإنشاء كل دفعة من 20 إلى 40 كبسولة، حيث يتم تصنيعها عن طريق وضع طبقات بلورات الماس الدقيقة حول قلب كربيد السيليكون وتلميعها بشكل متكرر.
اكتشفوا خلال تلك العملية أنه حتى أكثر التلميع دقة لم يكن كافيًا لأنه على المستوى المجهرى كان السطح لا يزال محفورًا وغير مستوٍ.
تبريد محتويات الكبسولة قبل التفاعل
ومن خلال العمل مع فرق في LLNL ، اكتشفوا فى النهاية أنه يمكنهم طلاء كبسولة مصقولة بطبقة جديدة من بلورات الماس لتحقيق اللمسة النهائية الشبيهة بالمرآة التى يحتاجونها، حيث تتم إزالة قلب السيليكون ويستخدم أنبوبًا زجاجيًا صغير لملء الكرة المجوفة بالديوتيريوم والتريتيوم ، وكلاهما نوعان ثقيلان من الهيدروجين، اللذان يغذيان تفاعل الاندماج.
وأوضح مايك فاريل، نائب الرئيس لتقنية الاندماج بالقصور الذاتي في شركة جنرال أتوميكس، وهي أكبر شريك صناعي لشركة LLNL، أن حبيبات الوقود هذه عبارة عن أسطوانة من الذهب واليورانيوم المستنفد، والطبقة الثالثة والأخيرة من الكبسولة عبارة عن أسطوانة من الألومنيوم تستخدم لتبريد محتويات الكبسولة قبل التفاعل.
أمل الحصول على تمويل حكومي
يأمل "فاريل" أن الخطوة المقبلة قد تساعد في تعزيز الدعم المادي لمزيد من البحث، قائلًا: "غيرت التجربة الرأي العلمي، كنت أعتقد أن الاشتعال بعيد المنال، وكانت النتيجة في ديسمبر مثيرة للاهتمام"، لافتًا أنه من الممكن الحصول على التمويل الحكومي والمؤسسي بعد أن أثبت NIF أن الإشعال ممكن.
أضاف فاريل أنه ستكون هناك حاجة إلى هذا الاستثمار للتغلب على التحديات الهندسية الكبيرة التي تواجه بناء محطة طاقة عاملة ليس أقلها إيجاد المواد التي يمكنها تحمل الطاقة العالية المنبعثة من عملية الاندماج، مختتمًا كلماته: "بمجرد عرض المبادئ الأولى، كما فعلنا للتو، يتولى المهندسون زمام الأمور لمعرفة كيفية القيام بذلك بشكل متكرر".
مستقبل الطاقة النظيفة.. ما هو الاندماج النووي؟
هل تعتبر المزارع الشمسية العائمة مستقبل الكهرباء والطاقة النظيفة في العالم؟
الإضاءة والطاقة في الجوف.. من الأتريك إلى مصدر الطاقة النظيفة المتجددة
