في سبتمبر ، تم تفريغ مغناطيس كبير جدًا وقوي بشكل لا يصدق في سان بول ليز دورانس في جنوب فرنسا ليتم دمجه في المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER) ، وهو تعاون دولي كبير يحاول إثبات الجدوى الاقتصادية والتقنية من الاندماج النووي.
عبر البركة ، في غضون أيام من وصول هذا المغناطيس الضخم ، أعلن فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بالتعاون مع شركة كومنولث فيوجن سيستمز الخاصة ، عن أحدث إنجازاتهم في السباق نحو الاندماج النووي الاقتصادي: اختبار ناجح لهم تجربة SPARC ، التي تعمل على مغناطيس فائق التوصيل صغير نسبيًا وعالي الحرارة. تمثل هاتان التجربتان المدفوعتان بالمغناطيس طريقتين لطاقة الاندماج ، وهي الكأس المقدسة لأبحاث الطاقة.
الاندماج النووي قد تحقق بالفعل. يتم الاحتفاظ بحامل السجل الخاص بقدرة الاندماج التي يتم التحكم فيها بواسطة آلة تسمى بمودة طائرة نفاثة، التي أنتجت 16 ميغاواط من طاقة الاندماج في أواخر التسعينيات. إن الصعوبة التي يواجهها الفيزيائيون والمهندسون الآن – والتي واجهوها منذ أن تحقق الاندماج – هي القدرة على الحصول على قدر أكبر من الطاقة من مفاعلات الاندماج النووي أكثر مما تستخدمه الآلات لتشغيل التفاعلات.
الاندماج النووي هو تفاعل ينتج كميات هائلة من الطاقة ، لكنه لا يحدث بشكل طبيعي على الأرض. إذا كان بإمكان البشر إنتاج طاقة بأمان واقتصادي من تفاعلات الاندماج أكثر مما يتطلبه الأمر لتشغيل التفاعلات (ويستغرق الأمر قطعة أرض من الطاقة للقيام بذلك) ، لم نعد نعتمد على مصادر الطاقة القائمة على الكربون مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. لكننا نتقدم على أنفسنا.
قد تحصل G / O Media على عمولة[[“CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/the-marathon-race-toward-fusion-power-could-be-reaching-1847751952″]و[“ns:unique”,”CommerceInsetMobile”,”Click”,”https://gizmodo.com/the-marathon-race-toward-fusion-power-could-be-reaching-1847751952″]و[“Embedded Url”,”CommerceInsetMobile”,”https://www.amazon.com/Sony-Noise-Cancelling-Headphones-WHCH710N/dp/B085RNVJ3P/?asc_campaign=InlineMobile&asc_refurl=https://gizmodo.com/the-marathon-race-toward-fusion-power-could-be-reaching-1847751952&asc_source=&imprToken=14be4a0c-4e35-e326-5d7&ots=1&slotNum=2&tag=gizmodoamzn-20″,{“metric25”:1}]]’href = “https://www.amazon.com/Sony-Noise-Cancelling-Headphones-WHCH710N/dp/B085RNVJ3P/؟asc_campaign=InlineMobile&asc_refurl=https://gizmodo.com/the-marathon-race-toward- fusion-power-can-be-calling-1847751952 & asc_source = & ImprToken = 14be4a0c-4e35-e326-5d7 & ots = 1 & slotNum = 2 & tag = gizmodoamzn-20 “data-linktype =”[t|mod-all” target=”_blank” rel=”nofollow”>Save Over $100Sony WHCH710N Noise Canceling Headphones
Listen up!
Earbuds are all fine and dandy, but you’ll find the best noise canceling and sound quality with a solid set of over-the-ear headphones.
Nuclear fusion describes a reaction that occurs when the light nuclei of two atoms fuse to form a single nucleus. In that process, an immense amount of energy is released. (This is Einstein’s E=mc2 in practice.) Things need to be extraordinarily energized for fusion to occur, which means they need to be really, really, hot, at 100 million degrees or more. Nuclear fusion is what makes the Sun shine, as hydrogen atoms combine to form helium, releasing energy in the process. If scientists could make that process work on Earth—and make the process work at scale—it would make energy a whole lot cleaner by cutting fossil fuels out of the equation.
“You can tell it’s it’s a hard problem, because people have been working on it for decades, with, you know, with really serious efforts, smart people, lots of money, big machines,” Martin Greenwald, a physicist at MIT’s Plasma Science and Fusion Center and a member of the MIT-CFS collaboration, said in a video call.
Advertisement
None of this is to be confused with nuclear fission, which is what drives today’s محطات الطاقة النووية وينتج الطاقة عن طريق تفتيت النوى الثقيلة. ينتج الانشطار النووي طاقة أقل من الاندماج النووي ويولد نفايات مشعة لا ينتج عنها الاندماج.
يعتمد كل من ITER و SPARC على آلات تسمى tokamaks ، تم اختراعها لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي ، والتي تحصر البلازما شديدة الحرارة المكونة من جزيئات يمكن أن تتفاعل لإنتاج تفاعلات الاندماج. توكاماك مبنية في توروس ، وهي مجرد طريقة هندسية لقول أشكال دونات. التوكامكس ليست الآلات الوحيدة المصممة للاندماج: هناك أيضًا آلات النجوم ، مثل التوكاماك لكن أكثر ملتوية. إذا كانت tokamak عبارة عن كعكة دائرية ، فإن stellarator هي لعبة cruller.
تم تصميم الأجهزة لتوليد مجالات مغناطيسية ، من أجل احتواء البلازما التي تجعل الاندماج ممكنًا. المغناطيسات التي ظهرت مؤخرًا في الأخبار (جهاز ITER الكبير جدًا و SPARC الصغير نسبيًا) هي جزء من التوكاماك وتستخدم لتقييد البلازما ، مما يجعلها بعيدة عن الاتصال بالمادة العادية. داخل توكاماك ، تشبه البلازما حلوى القطن التي يتم جلدها في الشكل ؛ بمرور الوقت ، مجموعة مبهجة من موسيقى البلوز ، والبنفسجي ، والوردي هي ما يمكننا رؤيته في الفيزياء المستمرة. (لا يمكن رؤية هذا عادةً ، لكن توكاماك واحد – كومباس توكاماك في براغ –لديه كاميرا مثبتة بالداخل.)
مغناطيس ITER هو وحدة واحدة تزن 110 طن من مغناطيس الملف اللولبي المركزي النهائي المكون من ست وحدات ؛ عند اكتماله ، سيكون الملف اللولبي المركزي أكبر مغناطيس فائق التوصيل تم بناؤه على الإطلاق ، مع مجال يقارب 300000 مرة قوة المجال المغناطيسي للأرض ، بحسب وزارة الطاقة. سوف تزن توكاماك بالكامل 23000 طن. هدف ITER هو إنتاج 10 أضعاف طاقة الاندماج التي تحتاجها الآلة لصنعها – 500 ميغاواط تنتج من 50 ميغاواط.
قالت آنا كولر ، عالمة الفيزياء المتخصصة في الاندماج النووي في معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما ، في مكالمة فيديو ، مع وجود مجال مغناطيسي أقوى بمرتين ، “يمكنك الحصول على جهاز صغير ضعف الأداء نفسه”. “لكن هذا المسار كان إلى حد كبير حتى وقت قريب طريقًا مسدودًا ، في انتظار دفعة تكنولوجية من جانب الموصل الفائق.”
وكما قد يتوقع المرء من الآلات شديدة التعقيد التي تستغرق وقتًا طويلاً في بنائها وتشغيلها وتحديثها ، فإن تجارب الاندماج تتطلب شيئًا من “ربط مجرى الهواء الثابت” ، وفقًا لكولر. كتعاون دولي كبير ، واجه ITER – الذي تم إطلاقه لأول مرة منذ 40 عامًا – بعض التأخير على طول الطريق. يتسابق كل من فريق ITER وفريق MIT-CFS نحو أهداف تشغيل تفاعلات الاندماج ؛ يتوقع ITER حاليًا تشغيل ملف أول بلازما عام 2025، وهو نفس العام الذي حدث فيه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا- CFS تتوقع SPARC ستكون كاملة. في المقابل ، تضع SPARC الأرضية العلمية لمصنع اندماج تجريبي يسمى ARC ، والذي يمكن أن يكون كذلك جاهزة للعمل بحلول أوائل عام 2030.
قال كولر: “هذا ليس هذا النوع من السباق حيث يكون الهدف النهائي هو إذلال خصمك والقضاء عليه تمامًا”. “هذا سباق حيث نحصل على تنوع في أبحاث الاندماج التي يمكننا العمل معها في المستقبل – لذلك ليس السباق الذي يأخذ فيه الفائز كل شيء.”
كان Greenwald يعمل على الاندماج النووي منذ أكثر من 50 عامًا ، لكن الابتكار التكنولوجي الأخير من جانب فريق MIT هو لحظة فاصلة. قال: “فكرة استخدام الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية للوصول إلى مغناطيسات مجال أعلى كانت نوعًا ما في حمضنا النووي” ، ولكن حتى الإنجاز الهندسي الأخير ، لم يعرف الفريق كيف سيديرونه.
الآن وقد فعلوا ذلك ، يتحرك فريق MIT-CFS بكامل قوته مع SPARC ، المتظاهر التكنولوجي لمفاعل ARC النهائي. سيتم بناء ARC بنفس الطريقة ، مع طبقات من المواد فائقة التوصيل المسطحة مكدسة فوق بعضها البعض ومبردة حتى 20 كلفن لتوليد مجال مغناطيسي. يتوقف ARC على قدرة SPARC على إثبات المفهوم. قال غرينوالد: “تتمثل الخطوة التالية في الذهاب إلى نطاق أكبر قليلاً ، إلى منشأة كاملة ، تنتج صافي الطاقة”.
في حين أن ARC سيكون حجمه ضعف حجم SPARC ، إلا أنه لا يزال أصغر بكثير من ITER ، الذي تم بناؤه بسفينة أكبر تحمل المزيد من البلازما وبالتالي يزيد من احتمالية حدوث تفاعلات الاندماج. تتيح المغناطيسات الجديدة لفريق MIT-CFS للأجهزة إجراء كميات مماثلة من الاندماج لجهاز أكبر حجمًا 40 مرة ، وفقًا لإصدار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
إن قول كل هذا أسهل من فعله بالطبع ، وهو ما تشهد عليه سنوات البحث العديدة. وإذا كان الاندماج سيصبح في أي وقت طريقًا مفيدًا نحو مستقبل طاقة أنظف ، فسوف يحتاج إلى أن يكون رخيصًا نسبيًا وقابل للتطوير.
قال كولر: “نحن فيزيائيون ، يجب أن نكون متشككين في كل شيء على الإطلاق ، لكننا نحتاج إلى جرعة التفاؤل هذه” من أجل القيام بهذا العمل.
عندما يتعلق الأمر بالاندماج ، هناك مبشرون ومشككون وواقعيون مزعومون ، على الرغم من أنه قد يكون من الصعب رسم حبة من توقعاتهم التي تتوافق مع الواقع. النكتة المستمرة حول قوة الاندماج هي أنه دائمًا ما يكون على بعد 30 عامًا ، في مكان ما وراء الأفق العلمي. سواء كنت تعتقد أن الاندماج هو حلم بعيد المنال أو قريب منا ، فإن التقدم الذي تم إحرازه لا يمكن إنكاره. وربما – فقط ربما – سنرى بعضًا من هذا التقدم يتحقق خلال العقد القادم.