How fusion breakthrough at US lab can clean up our air

إن تطوير مفاعل الاندماج النووي هو الكأس المقدسة للطاقة النظيفة التي سعى العلماء جاهدين للعثور عليها منذ عقود. لذا فإن التقارير حول العلماء في كاليفورنيا مختبر لورنس ليفرمور الوطني (LLNL) تحقيق “مكاسب صافية للطاقة” من مفاعل اندماج تجريبي يشير إلى تغيير قواعد اللعبة. هذا لأنه ، ولأول مرة ، أنتج تفاعل الاندماج طاقة أكثر مما يستهلكه.
ما هو بالضبط هذا الاختراق؟
الانشطار والاندماج نوعان مختلفان من التفاعلات النووية التي تنتج الطاقة. كانت محطات الطاقة القائمة على الانشطار موجودة منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، ولدى الهند العديد من محطات الطاقة الخاصة بها. لكن العلماء عملوا لسنوات على تطوير مفاعل قائم على الاندماج النووي ، والذي يوصف بأنه مصدر نظيف ووفير وآمن للطاقة يمكن أن يسمح للبشرية في النهاية بقطع اعتمادها على الوقود الأحفوري الذي يقود أزمة مناخ عالمية.
الاندماج هو نفس العملية النووية التي تعمل بالطاقة شمس ونجوم أخرى. وهي تتضمن بشكل أساسي ذرتين تلتحمان أو “تندمجان” معًا لتشكيل ذرة عنصر أثقل. على سبيل المثال ، داخل الشمس تندمج ذرتان من الهيدروجين لتكوين ذرة هيليوم واحدة.
يُظهر الاكتشاف الأخير أنه قد يكون من الممكن في النهاية تكرار هذه العملية في محطة طاقة تجارية.
كيف يكون الاندماج أفضل من الانشطار؟
يستخدم كل من الانشطار والاندماج طاقة الربط للبروتونات والنيوترونات في نوى الذرات لإطلاق كمية هائلة من الطاقة. الفرق الرئيسي بينهما هو أن الانشطار هو تقسيم نواة ثقيلة وغير مستقرة إلى نواتين أصغر بينما يتضمن الاندماج ضم نواتين خفيفتين معًا.

يستخدم مفاعل الانشطار النووي اليورانيوم ، وهو غير موجود بشكل شائع ، كوقود. عندما تصبح ذرة اليورانيوم متحمسة وغير مستقرة مع التعرض للإشعاع النيوتروني ، فإنها تنقسم إلى ذرات أصغر من عناصر مثل الباريوم والكريبتون ، وتطلق المزيد من الإشعاع النيوتروني ، والذي بدوره يثير ويكسر المزيد من ذرات اليورانيوم ، مما يتسبب في حدوث تفاعل متسلسل. تُستخدم الطاقة التي يتم إطلاقها لغلي الماء لإنتاج البخار وتشغيل التوربينات لإنتاج الكهرباء.
أكبر مشكلة في الانشطار هي أن بعض منتجاته الثانوية تظل مشعة لعشرات الآلاف من السنين ، ويجب التخلص منها في منشآت خاصة. أيضًا ، يمكن أن تطلق حوادث المفاعلات مواد مشعة في البيئة ، كما حدث في جزيرة ثري مايل في عام 1979 وفي تشيرنوبيل في عام 1986.

ومع ذلك ، فإن الانشطار النووي يوفر الآن حوالي 10 ٪ من كهرباء العالم من حوالي 440 مفاعلًا ، وفقًا للطاقة النووية العالمية. غزاله. تستخدم أكثر من 50 دولة الطاقة النووية في حوالي 220 مفاعل أبحاث تستخدم أيضًا في صنع النظائر الطبية والصناعية. مع 92 مفاعلًا ، تعد الولايات المتحدة أكبر منتج للطاقة النووية في العالم ، حيث تمثل أكثر من 30٪ من توليد الكهرباء النووي العالمي.
درجات الاندماج أكثر من الانشطار لأنه يمكن أن ينتج طاقة أكثر عدة مرات دون إنتاج مشعة عالية
المنتجات الثانوية. ولكن حتى الآن ، كان من الصعب الحفاظ على تفاعلات الاندماج في المختبر بسبب الضغط الهائل ودرجة الحرارة اللازمتين لدمج النوى معًا.
يستهلك تفاعل الاندماج كميات هائلة من الطاقة لأنه يحدث عند درجات حرارة تصل إلى 100 مليون درجة مئوية أو أعلى. الطريقة الوحيدة لجعلها مكتفية ذاتيًا هي الحصول على طاقة أكبر مما تدخل ، والقيام بذلك باستمرار بدلاً من لحظات قصيرة. بمجرد أن يتم تسويق الاندماج ، سيكون لدينا كهرباء خالية من الكربون تقريبًا بدون أي منتجات ثانوية مشعة. سوف يساعد في مكافحة تغير المناخ. ثانيًا ، نظرًا لأن مفاعلات الاندماج النووي لا تتطلب سوى كميات وفيرة من الهيدروجين عالميًا ، فيمكن إنشاؤها في أي مكان – مفاعلات غير قابلة للانشطار تتطلب مواد مشعة نادرة مثل اليورانيوم.
ألا يمكن أن يحدث في درجات الحرارة العادية؟
مثل الشمس والنجوم ، استخدمت تجربة الاندماج في LLNL الاندماج “الساخن” ، باستخدام درجات حرارة عالية جدًا. ومع ذلك ، افترض بعض العلماء أن الاندماج “البارد” ممكن في درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها.
في عام 1989 ، الكهروكيميائيين مارتن فليشمان و ستانلي بونس ذكرت أن أجهزتهم أنتجت حرارة شاذة (حرارة زائدة) بحجم لم يكن ممكنًا إلا من خلال عملية نووية. كما أبلغوا عن قياس كميات صغيرة من المنتجات الثانوية للتفاعل النووي ، بما في ذلك النيوترونات والتريتيوم. تضمنت تجربتهم الصغيرة المنضدية التحليل الكهربائي للماء الثقيل – الماء المكون من ذرات هيدروجين أثقل – على سطح قطب البلاديوم. في حين أن النتائج التي تم الإبلاغ عنها رفعت الآمال في الحصول على مصدر رخيص ووفير للطاقة ، إلا أنه لا يمكن تكراره.
يمكن أن يكون حقيقيا في 10 سنوات
استقطبت تقنية الاندماج استثمارات بمليارات الدولارات من الداعمين ، بما في ذلك جيف بيزوسوبيل جيتس وبيتر ثيل. كما حصلت في السنوات الأخيرة على دعم من صناديق الثروة السيادية وبنوك التنمية الوطنية وأصحاب رؤوس الأموال. جذب الانصهار 2 دولار. 8 مليارات دولار خلال العام الماضي ، مقارنة بحوالي 2 مليار دولار خلال العقد الماضي. قالت رابطة صناعة الانصهار إن أكثر من 93 ٪ من الشركات التي استجابت للاستطلاع تعتقد أن طاقة الاندماج ستغذي الكهرباء في شبكات الطاقة بحلول عام 2030.