لقد تزايد نمو استهلاك الطاقة على مر السنين مع تطور ثورة الطاقة. ويؤدي هذا النمو في الاستهلاك العالمي إلى ظهور الحاجة إلى استكشاف خيارات جديدة وأكثر كفاءة واستدامة للطاقة. وفي هذا السياق فإن الاندماج النووي يتم تقديمه كبديل ذو إمكانات هائلة لإنتاج الطاقة. ومع ذلك، فهي غير موجودة حاليًا على المستوى الصناعي بسبب التحديات التقنية الكبيرة. أحد أكثر الجهود تقدمًا لتطوير هذه التكنولوجيا هو مشروع ايتر (المفاعل التجريبي النووي الحراري الدولي)، وهو برنامج دولي يسعى إلى إثبات جدوى الاندماج النووي.
سنشرح في هذا المقال مما يتكون برنامج ITER وما هو هدفه الرئيسي وآخر الأخبار عن تطوره.
ما هو ITER
El ايتر إنه أحد أكبر المشاريع العلمية وأكثرها تعقيدًا في العالم. إنه مفاعل اندماج نووي تجريبي يسعى إلى تكرار العمليات التي تحدث في باطن الشمس والنجوم الأخرىحيث يؤدي اندماج ذرات الهيدروجين إلى توليد الطاقة. في مفاعل مثل ITER، تتم تفاعلات الاندماج في بيئة خاضعة للرقابة، مع مواد ودرجات حرارة شديدة تحاول تقليد ظروف قلب الشمس، مما يولد كمية كبيرة من الطاقة.
يتكون الاندماج النووي عادة من الجمع بين ذرتين خفيفتين الديوتيريوم y تريتيولتكوين مادة أثقل (الهيليوم) وإطلاق كميات كبيرة من الطاقة في هذه العملية. وهذه الطاقة أكبر بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها عن طريق الانشطار النووي، وهي العملية المستخدمة حاليا في المحطات النووية التقليدية. يستخدم ITER نظام الحبس المغناطيسي من خلال جهاز يعرف باسم "توكاماك". هذا المفاعل على شكل حلقي (دونات) ويستخدم مغناطيسات قوية فائقة التوصيل لتركيز البلازما الساخنة اللازمة لتفاعلات الاندماج دون أن تتلامس مع جدران المفاعل.
أحد التحديات التكنولوجية الكبيرة لمشروع ITER هو الوصول إلى درجات حرارة تبلغ حوالي 100 درجة مئوية 150 مليون درجة مئوية، أعلى بحوالي 10 مرات من تلك الموجودة في قلب الشمس. يعد مستوى درجة الحرارة هذا ضروريًا لدمج نظائر الهيدروجين في ظل ظروف خاضعة للرقابة. الهدف من ITER هو إثبات أن الاندماج النووي ليس ممكنًا فحسب، بل يمكن أيضًا أن يكون مصدرًا تجاريًا للطاقة في المستقبل.
والطاقة التي يمكن توليدها من خلال الاندماج النووي يمكن أن تكون عمليا لا ينتهينظرًا لتوافر الوقود الرئيسي، الديوتيريوم والتريتيوم، نسبيًا. يمكن استخلاص الديوتيريوم من مياه البحر، بينما يمكن الحصول على التريتيوم من الليثيوم، وهي مادة شائعة أيضًا على الكوكب.
ITER و Cadarache وإسبانيا
يتم بناء ITER في كاداراش في جنوب فرنساوهو مركز أبحاث له تاريخ طويل في الدراسات النووية. منذ بدايته، حظي هذا المشروع العملاق بتعاون 35 دولة، بما في ذلك الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة والصين والهند واليابان وروسيا وكوريا الجنوبية.
بلغت الميزانية الأولية لبنائه حوالي 5.000 مليون يورو، على الرغم من أن هذه الأرقام يمكن أن ترتفع بشكل كبير مع تقدم المشروع. ومن المقدر أن يستغرق بناء ITER حوالي 10 سنوات، وسيمتد تشغيله لمدة 20 سنة إضافية على الأقل. خلال هذه الفترة، سيكون الهدف الرئيسي هو إثبات أنه من الممكن إنشاء ملف محطة توليد الطاقة الاندماجية واسعة النطاق، قادرة على توليد طاقة أكثر مما تستهلك.
تلعب إسبانيا أيضًا دورًا مهمًا في مشروع ITER. منذ عام 2007، مقر وكالة الاندماج الأوروبية يقع في برشلونة، حيث يتم تنسيق الكثير من الجهود بين المهندسين والعلماء والإداريين الأوروبيين المشاركين في المشروع. تشارك إسبانيا بنشاط في البحث وتطوير المواد المتقدمة للمفاعل، بالإضافة إلى التعاون في تصميم أنظمة المعالجة عن بعد والتشخيص المتقدم لمراقبة تشغيل التوكاماك والتحكم فيه.
مزايا الاندماج النووي
يتمتع تطوير الاندماج النووي بالعديد من المزايا التي تجعله خيارًا جذابًا للغاية للطاقة:
- صفر انبعاثات غازات الدفيئة: على عكس الوقود الأحفوري، فإن محطات الطاقة الاندماجية لا تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون أو الملوثات في الغلاف الجوي أثناء التشغيل.
- أمن: لا يمثل الاندماج النووي نفس خطر الانشطار النووي. وفي حالة فشل المفاعل، ستتوقف التفاعلات بشكل طبيعي، دون حدوث عواقب كارثية مثل تلك التي يمكن أن تحدث في محطة الانشطار.
- وقود وفير: كما ذكرنا، يمكن بسهولة الحصول على الديوتيريوم من مياه البحر، ويمكن إنتاج التريتيوم من الليثيوم، مما يضمن إمدادات غير محدودة تقريبًا من الوقود.
- توليد أقل للنفايات المشعة: على الرغم من أن الاندماج النووي ينتج بعض النفايات، إلا أنها أصغر بكثير وأقل خطورة من تلك الناتجة عن الانشطار. تصبح نفايات الاندماج النووي غير خطرة في غضون بضعة عقود، في حين أن النفايات الانشطارية يمكن أن تظل مشعة لآلاف السنين.
آخر الأخبار والتقدم التكنولوجي
لقد وصلت ITER إلى مرحلة حاسمة في السنوات الأخيرة. وفي عام 2012، تم الحصول على رخصة البناء من السلطات الفرنسية، وفي عام 2014 بدأ العمل في تجميع الأجزاء والمكونات الرئيسية للمفاعل. وتم توزيع الإمدادات على الدول المشاركة بحسب مساهماتها في المشروع.
أحد أهم المعالم في التاريخ الحديث لـ ITER كان بداية تجميع جوهر الآلة 2020. سيستمر هذا التجميع لمدة خمس سنوات تقريبًا، ومن المتوقع أن يتم الحصول على البلازما الأولى – المرحلة التي يبدأ فيها تشغيل المفاعل – في AÑO 2025. على الرغم من أن هذه البلازما الأولى ستكون قصيرة العمر وسيكون هدفها الرئيسي هو إثبات أن المغناطيس يعمل بشكل صحيح، إلا أنه يمثل خطوة أساسية في التحقق من صحة مفهوم الاندماج واسع النطاق.
أحد التحديات الرئيسية التي يجب حلها هو إدارة الغاز المشع تريتيووالتي تتولد أثناء تفاعلات الاندماج. ويدرس ITER طرقًا للتحكم في هذه المواد وحصرها بشكل آمن.
بالإضافة إلى التقدم المحرز في بناء المفاعل، يعمل العلماء ومجموعات البحث في جميع أنحاء العالم على جوانب رئيسية أخرى لضمان نجاح ITER. إنهم يتطورون تشخيص وإجراءات تشغيل أفضل للتحكم في ثبات البلازما، بالإضافة إلى مواد جديدة للجدران الداخلية للمفاعل يمكنها تحمل الظروف القاسية الناتجة عن الاندماج.
سوف تظل الجدوى الفنية والتجارية للاندماج النووي قيد التقييم على مدى العقدين المقبلين، ولكن النتائج الأولية واعدة. يعتقد الخبراء بالفعل أن ITER يمكن أن يكون الخطوة الأولى نحو مستقبل الطاقة الذي يهيمن عليه الاندماج النووي، ويتوقع البعض أن يكون هذا هو الحال إنتاج الطاقة التجارية ومن هذا المصدر سيكون من الممكن حوالي عام 2050.
يمثل ITER أفضل أمل لطاقة الاندماج النووي كحل طويل الأمد لتحديات الطاقة والبيئة في عالم اليوم.