الرأي: توهجت شمس اصطناعية لفترة وجيزة تحت الريف الإنجليزي. في يوم من الأيام ، يمكن أن يغير كل شيء

ملحوظة المحرر: دون لينكولن هو عالم كبير في معمل فرمي الوطني للمسرعات. هو مؤلف عدة كتب علمية للجمهور العام ، بما في ذلك الكتاب الصوتي الأكثر مبيعًا “نظرية كل شيء: السعي لشرح كل الواقع. ” كما أنه ينتج سلسلة من تعليم العلوم أشرطة فيديو. اتبعه فيسبوك. الآراء الواردة في هذا التعليق تخصه فقط. عرض المزيد من الآراء على CNN.

سي إن إن
–

في 21 ديسمبر 2021 ، تومضت شمس اصطناعية لفترة وجيزة تحت الريف الإنجليزي. في مركز كولهام للطاقة الانصهار ، الواقع جنوب أكسفورد ، استخدم العلماء جهازًا يسمى التوروس الأوروبي المشترك لإنشاء تفاعل اندماج نووي محكوم لمدة خمس ثوانٍ تقريبًا ، لتوليد 59 مليون جول من الطاقة ، أو ما يقرب من 12 ميغاواط من الطاقة.

هذا الإنجاز حطم السجل السابق في عام 1997 ، عندما أنتج نفس المرفق 21.7 مليون جول في أربع ثوان. هذه أخبار مثيرة في عالم الفيزياء النووية – ولكن أيضًا في عالم علوم المناخ. عندما يتم تطوير تقنية الاندماج النووي إلى تقنية تجارية ، فإنها ستحدث ثورة في كيفية توليد الطاقة في جميع أنحاء العالم وسيكون لها تأثير كبير على مناخ العالم في المستقبل.

يُعد إنتاج الطاقة البالغ 59 مليون جول رقمًا مثيرًا للإعجاب ، ولكن لإعطائه بعض السياق ، فإن هذا يكفي فقط لتشغيل منزل أمريكي نموذجي لمدة نصف يوم تقريبًا. وبالتالي ، في حين أن هذا الإنجاز الأخير لن يؤدي على الفور إلى إنشاء محطة جديدة لتوليد الطاقة ، إلا أنه لا يزال تطورًا مرحبًا به لعالم يجمع بين الاثنين متعطش للطاقة و شعور متزايد بالقلق حول الأخطار المرتبطة بتوليد الطاقة التقليدية.

منذ العصور الصناعية ، غالبية من طاقة العالم نتجت عن حرق الوقود الأحفوري ، مما أدى إلى زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنحو 50٪ فوق مستويات ما قبل الصناعة. يؤدي التركيز المتزايد لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى تغيير مناخ الأرض ، مما يتسبب في حدوث ذلك ارتفاع درجات الحرارة ، والمزيد من الظواهر الجوية المتطرفة وحالات الجفاف الشديدة. إذا لم تجد البشرية مصادر وافرة وموثوقة للطاقة لا تستخدم الوقود الأحفوري ، فستستمر أزمة المناخ في التفاقم ، مع تأثير كبير على البشرية.

يدرك الكثير من الناس الحاجة إلى اللجوء إلى حلول الطاقة الخضراء ، مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح. ومع ذلك ، وبقدر ما تكون مصادر الطاقة هذه صديقة للبيئة ، فإن الطاقة النووية تقزم الخيارات الأخرى من حيث الكمية الهائلة من الطاقة التي يمكن أن تولدها. يجب أن تكون الطاقة النووية جزءًا من مستقبل أخضر.

تتكون الطاقة النووية من نوعين من التقنيات المتميزة. واحد هو الانشطار النووي، وهي الطريقة التي يتم بها إنتاج جميع الطاقة النووية التجارية حاليًا. يتم إطلاق الطاقة عندما تتكسر النوى الذرية. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يولد كميات كبيرة من النفايات المشعة – سيستمر بعضها لعدة قرون. كانت هناك أيضًا حوادث صناعية ، مثل في فوكوشيما و تشيرنوبيل التي أطلقت نشاطًا إشعاعيًا خطيرًا في البيئة.

في المقابل، الاندماج النووي ينتج طاقة عن طريق دمج النوى الذرية معًا. هذه العملية يولد المزيد من الطاقة من الانشطار والنفايات المشعة أقل بكثير. علاوة على ذلك ، لا يمكن أن تحدث الحوادث الصناعية التي تؤدي إلى انبعاث كبير للنشاط الإشعاعي مع محطة طاقة تستخدم تقنية الاندماج. وأخيرا، فإن وقود لمفاعلات الاندماج يوجد الديوتيريوم والتريتيوم ، وهما شكلان من أشكال الهيدروجين ، بسهولة هنا على الأرض. هناك مشكلة واحدة فقط – العلماء لا يعرفون حتى الآن كيف يصنعون ملف محطة لتوليد الطاقة الاندماجية.

يحدث الاندماج عندما يتم تسخين النوى الذرية ، في هذه الحالة من وقود الديوتيريوم أو التريتيوم ، إلى درجات حرارة عالية جدًا. هناك عدة طرق واعدة لتحقيق ذلك ، من استخدام المجالات المغناطيسية المتغيرة بسرعة إلى أشعة الليزر القوية لتسخين الوقود. الفكرة الأساسية هي أن المزيد من الطاقة تأتي من تفاعل الانصهار مما يتسبب في حدوث ذلك. إذا خرج أكثر مما ذهب ، يمكننا استخدام تلك الطاقة الإضافية لتزويد الحضارة بالطاقة.

ومع ذلك ، من الصعب جدًا الاستفادة من الاندماج النووي. بدون حماية ، فإن درجات الحرارة المرتفعة للغاية اللازمة ستلحق الضرر بالمفاعل الذي تحدث فيه العملية ، لذلك يستخدم العلماء الحقول المغناطيسية لاحتواء الوقود المسخن. هذه المجالات المغناطيسية هي في الأساس مجالات قوة تحمي المواد المحيطة. لسوء الحظ ، يصنع الديوتيريوم المسخن مجالاته المغناطيسية الخاصة به ، والتي تتداخل مع مجالات القوة. ولدت منشأة JET اندماجًا بهذه الطريقة. الحرارة الشديدة والضغط الناتج عن التفاعل يعني أنه من المحتمل أن يكون هذا هو آخر حل لـ JET. من غير المحتمل أن يتم استخدامه مرة أخرى.

لكن هناك بديل واعد يلوح في الأفق: المفاعل الحراري النووي التجريبي الدولي ، أو ITER. إنه المجدول حاليا لبدء الاختبار في عام 2025 ، على الرغم من أنه يجب النظر إلى هذا التاريخ ببعض الحذر ، حيث أن الجدول الزمني قد تراجع في الماضي. تشير التقديرات المتحفظة إلى أن أ 2031 تاريخ بدء التشغيل الأكثر احتمالا. تم تصميم ITER لتوليد 500 مليون واط من الطاقةفقط مع 50 مليون واط تستخدم لتسخين الوقود لبدء عملية الاندماج. إن توليد قوة تزيد بمقدار 10 أضعاف عما يضعه المرء هو هدف مثير للإعجاب.

إنها أيضًا مضللة. 50 مليون واط هي فقط الطاقة التي يتم توفيرها مباشرة إلى وقود الديوتيريوم والتريتيوم. لا يشمل الطاقة اللازمة شغل المغناطيس وبقية المفاعل. عندما يتم أخذ ذلك في الاعتبار ، سيولد مفاعل ITER طاقة أقل مما هو مطلوب لتشغيله. ومع ذلك ، إذا نجحت ، فسيكون تحسينًا كبيرًا على المرافق الحالية – خطوة كبيرة في الاتجاه الصحيح – وليس هناك خلاف على أنه بمجرد إتقان تقنية الاندماج أنها ستكون تكنولوجيا الطاقة في المستقبل. بالقرب من الطاقة اللامحدودة ، والقليل من النفايات والوقود الوفير كلها سمات جذابة للغاية.

بالطبع ، السؤال الذي يدور في أذهان الجميع هو ، كم من الوقت سيستغرق بناء مفاعل اندماجي عامل ينتج طاقة أكثر مما يتطلبه التشغيل؟ هذا سؤال صعب للغاية للإجابة عليه. منذ الأفكار الأولى حول تسخير الانصهار في المجتمع العلمي في منتصف القرن العشرين ، كان يُعتقد أنه من الممكن في حوالي من 20 إلى 30 سنة. لكن التقديرات اليوم تشير إلى أنه لا يزال على بعد 20 إلى 30 سنة. بالنظر إلى حقيقة تغير المناخ وحقيقة أن احتياجات الطاقة في المستقبل ستكون بالتأكيد أكبر من احتياجات الحاضر ، فهذه مشكلة يتعين علينا حلها. من المؤكد أن الاستثمار الإضافي في أبحاث تكنولوجيا الاندماج سيؤدي إلى تسريع العملية.

منذ منتصف التسعينيات ، أمريكي تمويل أبحاث الاندماج ما يقرب من نصف مليار دولار في السنة ، مع تعديل التضخم إلى 2020 دولار. هذا يبدو وكأنه الكثير من المال ، ولكن ينبغي أن يكون على النقيض من ذلك الدعم الحكومي المباشر للوقود الأحفوري 20.5 مليار دولار في السنة ، مع بعض التقديرات للإعانات السنوية غير المباشرة التي تصل إلى 649 مليار دولار. نظرًا لتأثيرات تغير المناخ ، فإن إعادة النظر في ميزانية الدولة لأبحاث الاندماج ستكون استثمارًا جيدًا للمستقبل. نحن مدينون بذلك لأطفالنا.