طاقة الاندماج النووي: الصين تشعل السباق حول العالم!

حققت الصين إنجازًا تاريخيًا جديدًا في تكنولوجيا الاندماج النووي، مما يقرب البلاد من تحقيق هدفها المتمثل في الاندماج النووي التجاري بحلول عام 2050. أعلن العلماء هذا الأسبوع أن مفاعل توكاماك التجريبي المتقدم فائق التوصيل (EAST) قد حقق درجة حرارة ثابتة تبلغ 100 مليون درجة مئوية، محطمًا بذلك الأرقام القياسية السابقة، ومقرّبًا الاندماج النووي من الواقع.

ما هو الاندماج النووي؟

الاندماج النووي هو عملية اندماج نواتين ذريتين خفيفتين لتكوين نواتين ذريتين أثقل وزنًا، مع إطلاق كميات هائلة من الطاقة.

وتحدث تفاعلات الاندماج في حالة من حالات المادة تُسمى البلازما، وهي غاز ساخن مشحون يتكون من أيونات موجبة وإلكترونات حرة الحركة، بخصائص فريدة تختلف عن المواد الصلبة والسائلة والغازية.

وتستمد الشمس، شأنها شأن جميع النجوم الأخرى، طاقتها من هذا التفاعل. وللاندماج في شمسنا، تحتاج النوى إلى الاصطدام ببعضها البعض عند درجات حرارة عالية جدًا، تصل إلى حوالي عشرة ملايين درجة مئوية. توفر هذه الحرارة العالية للنوى طاقة كافية للتغلب على تنافرها الكهربائي المتبادل. بمجرد أن تقترب النوى من بعضها البعض، تفوق قوة الجذب النووي بينهما قوة التنافر الكهربائي، مما يسمح لها بالاندماج. ولكي يحدث هذا، يجب أن تكون النوى محصورة في مساحة صغيرة لزيادة فرص الاصطدام. في الشمس، يخلق الضغط الشديد الناتج عن جاذبيتها الهائلة الظروف المناسبة للاندماج.

وبالعودة إلى الإنجاز الصيني، فهو يُعد الأحدث في سلسلة طويلة من الإنجازات البارزة للصين، حيث تستثمر الحكومة بكثافة في أبحاث وتطوير الاندماج النووي كجزء من "معركة عالمية عالية المخاطر من أجل التفوق في مجال الاندماج النووي". تنفق بكين أكثر من أي دولة أخرى في العالم على أبحاث الاندماج بحوالي 1.5 مليار دولار سنويًا - أي ما يقرب من ضعف إنفاق واشنطن.

ولا يمكن المبالغة في التداعيات المحتملة لتحقيق الاندماج النووي التجاري. على حد تعبير تقرير حديث لصحيفة ديلي جالاكسي، "إذا نجحت الصين أو أي دولة أخرى في جعل الاندماج النووي مجديًا تجاريًا، فقد يُحدث ذلك ثورة في مجال الطاقة، تُغير طريقة تشغيل المنازل والصناعات، وحتى استكشاف الفضاء، في العالم".

وتُعرف تجربة EAST، الواقعة في مدينة هيفي بمقاطعة آنهوي، غالبًا باسم "الشمس الاصطناعية"، إذ تُنتج البلازما لمحاكاة العملية التي تُغذي بها شمسنا نفسها. ويتحقق ذلك من خلال دمج ذرات الهيدروجين معًا، بدلًا من إنتاج الطاقة النووية التقليدية، التي تُولد الطاقة عن طريق انقسام الذرات في عملية تُعرف باسم الانشطار النووي. وبينما ثبت أن الانشطار النووي أسهل بكثير في التحقيق والتحكم، يُنظر إلى الاندماج النووي على أنه "الهدف الأسمى" للطاقة النظيفة، إذ لا يتطلب أي وقود مشع وينتج طاقة أكبر من الانشطار.

ومع ذلك، يتطلب تحقيق الاندماج النووي خلق درجات حرارة عالية جدًا، تُشبه الحرارة في مركز الشمس. ولهذا السبب، يُعدّ الاختراق الأخير الذي حققته EAST اختراقًا كبيرًا. عند درجة حرارة 100 مليون درجة مئوية - أي أعلى بعدة مرات من نواة الشمس - تتكون البلازما وتتصادم الذرات مع بعضها البعض، وتندمج بشكل طبيعي وتطلق دفعات هائلة من الطاقة في هذه العملية.

وفي نفس الوقت، وعلى الرغم من هذه الاختراقات الحديثة، لا يزال قطاع الاندماج النووي يواجه تحديات كبيرة في جعل هذه التقنية مجدية تجاريًا وقابلة للتطوير. وكما ذكرت بلومبرج، فإن الاندماج النووي "يُعرف بصعوبة تنفيذه بطريقة مستدامة وقابلة للاستخدام، ولم تتمكن سوى حفنة من الدول مثل الولايات المتحدة وروسيا وكوريا الجنوبية من كسر القواعد الأساسية".

ولا يزال العلماء يكافحون للحفاظ على درجات حرارة عالية بما يكفي للحفاظ على البلازما لأي فترة زمنية معقولة. كما أنهم يبذلون الكثير من الطاقة في تهيئة الظروف المناسبة بحيث لا تتعادل الطاقة المنبعثة من الاندماج نفسه مع مدخلات الطاقة. ولا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتطوير مواد قادرة على مقاومة درجات الحرارة العالية للغاية للاحتواء المغناطيسي.

ويبحث العلماء أيضًا عن طرق أخرى لتحقيق الاندماج. في حين أن بعض أكبر تجارب الاندماج النووي في العالم هي أجهزة التوكاماك، وهي آلات بلازما على شكل دونات استخدمت في تجربة EAST، فقد تم تحقيق اختراقات أيضًا باستخدام آلات تستخدم الليزر لتسخين جزيئات الهيدروجين.

في عام 2022، استخدم العلماء في منشأة الإشعال الوطنية (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا الليزر للتغلب أخيرًا على أهم عائق أمام الاندماج النووي: توليد طاقة موجبة صافية. ويبدو الآن أن الصين تبني منشأة ليزر عملاقة خاصة بها في مقاطعة سيتشوان لإجراء تجارب مماثلة على الإشعال.

وسوف يكون تحقيق الاندماج النووي التجاري بمثابة تذكرة ذهبية للدولة التي تحققه، ويبدو أن الصين مصممة على أن تكون تلك الدولة. ولكن بغض النظر عن السياسة، فإن توليد الطاقة التجارية من خلال الاندماج النووي سيكون فوزًا كبيرًا للعالم بأسره، مع إمكانية توليد طاقة نظيفة غير محدودة تقريبًا ووضع حد للمخاوف بشأن تغير المناخ.