في قلب مدينة بروفانس الفرنسية، يعمل فريق من ألمع العقول العلمية على تحقيق إنجاز كبير وطموح،.. وهو بناء أكبر مفاعل اندماج نووي في العالم. يسعى هؤلاء العلماء إلى استخدام نفس التفاعل الذي يغذي الشمس والنجوم لتوليد طاقة نووية على نطاق صناعي.
يقول لابان كوبلينتز، رئيس الاتصالات في مشروع المفاعل النووي التجريبي ITER في تصريح لـ “يورونيوز”: “إننا نبني الآلة الأكثر تعقيدا التي تم تصميمها على الإطلاق”.
المهمة الرئيسية للمشروع هي إثبات جدوى تكنولوجيا اندماج النواة،.. وهو نفس التفاعل النووي الذي تعتمد عليه الشمس والنجوم لإنتاج الطاقة. تتجسد هذه الجهود في إنشاء أكبر غرفة احتجاز مغناطيسي في العالم، المعروفة بتسمية “توكاماك”، في جنوب فرنسا.
تم توقيع اتفاقية المشروع الدولي ITER رسميا عام 2006،.. بين الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي وروسيا والصين والهند وكوريا الجنوبية، في قصر الإليزيه بباريس.
أكثر من 30 دولة الآن تتعاون في هذا المشروع الضخم الذي يهدف إلى بناء جهاز تجريبي يتوقع أن يبلغ وزنه 23000 طن ويتحمل درجات حرارة تصل إلى 150 مليون درجة مئوية. يصف كوبلينتز هذا المشروع بأنه “شبيه بمختبر وطني، منشأة بحثية ضخمة، ولكنه في الواقع، مختبرات وطنية لـ 35 دولة”.
كيف يعمل الاندماج النووي؟
الاندماج النووي هو العملية التي يتم من خلالها اندماج نواتين ذريتين خفيفتين لتكوين ذرة واحدة أثقل، مما يولد إطلاقا هائلا للطاقة.
في حالة الشمس، تندمج ذرات الهيدروجين الموجودة في قلبها معا بواسطة الكمية الهائلة من ضغط الجاذبية. وفي الوقت نفسه، يتم استكشاف طريقتين رئيسيتين لتحقيق الاندماج النووي هنا على الأرض.
وفسر كوبلينتز هذه الطرق قائلا: “الأولى، والتي قد تكون مألوفة لكم من خلال مشروع الإشعال الوطني في الولايات المتحدة، تتضمن أخذ جزء صغير جدا – بحجم حبة الفلفل – من هيدروجين بشكليه الديوتيريوم والتريتيوم، وتعرضهما لأشعة الليزر. بالتالي، يتم زيادة الضغط، وعند إضافة الحرارة، يحدث انفجار طاقة وتحول كمية قليلة من المادة إلى طاقة وفقا لمعادلة E = mc²”.
أما المسار الثاني، الذي يركز عليه مشروع ITER، فيتضمن الاندماج المغناطيسي. وفي هذا السياق، يشير لابان إلى وجود غرفة ضخمة بحجم 800 متر مكعب،.. حيث يتم وضع كمية صغيرة جدا من الوقود، تتراوح بين 2 و 3 جرامات من الديوتيريوم والتريتيوم، ويتم تحقيق درجات حرارة تصل إلى 150 مليون درجة من خلال أنظمة التدفئة المختلفة. وفي هذه الظروف، يحدث اندماج الجسيمات بسرعة عالية جدا، حيث تتحد شحناتها الموجبة بدلا من التنافر، مما ينتج عنه إنتاج جسيم ألفا ونيوترون.
في نظام التوكاماك، يتم حجز الجسيمات المشحونة داخل مجال مغناطيسي،.. باستثناء النيوترونات عالية الطاقة التي تهرب وتتصادم بجدار الغرفة، مما يؤدي إلى نقل الحرارة وتسخين الماء الذي يتدفق خلف الجدار.
من الناحية النظرية، يتم تحويل الطاقة من خلال البخار الناتج، الذي يدير التوربينات،.. وفقا للشرح الذي قدمه ريتشارد بيتس، رئيس قسم العلوم في مشروع ITER. وقال بيتس: “إن هذا يمثل، إذا أردتم، تطورا طبيعيا لسلسلة طويلة من أجهزة البحث”.
دراسة فيزياء التوكاماك
وأضاف: “لقد كانت دراسة فيزياء التوكاماك قائمة لمدة تقارب 70 عاما، منذ تصميم وبناء التجارب الأولى في روسيا في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي”. ووفقا لبيتس، بدأت التوكاماك الأولية كأجهزة صغيرة توضع على الطاولة، ومع مرور الوقت، تطورت إلى أجهزة أكبر بسبب الفهم المتزايد الناتج عن الأبحاث والدراسات التي تم إجراؤها من الأجهزة الصغيرة إلى الأكبر، حيث أدرك الباحثون أنه “من أجل تحقيق إنتاج طاقة اندماجية صافية من هذه الأجهزة، يتعين علينا إنشاء واحدة ضخمة مثل هذه”.
فوائد الاندماج
كانت محطات الطاقة النووية حاضرة منذ الخمسينيات، حيث تم استغلال تفاعل الانشطار،.. الذي يتضمن تقسيم الذرة في المفاعل، مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة.
يتمتع تفاعل الانشطار بميزة واضحة كونه وسيلة مجربة ومختبرة بالفعل،.. حيث يعمل أكثر من 400 مفاعل نووي انشطاري حاليا في جميع أنحاء العالم.
ومع أن الكوارث النووية نادرة، فإن الحادث الكارثي في مفاعل رقم 4 في تشيرنوبيل في إبريل 1986 كان تذكيرا بأن هذه المفاعلات ليست خالية من المخاطر.
بالإضافة إلى ذلك، يجب على المفاعلات الانشطارية التعامل مع إدارة آمنة للكميات الهائلة من النفايات المشعة، التي عادةً ما تكون مدفونة عميقا في مستودعات جيولوجية.
على الجانب الآخر، يشير مشروع ITER إلى أن مصنع الاندماج على نطاق مماثل سيولد الطاقة باستخدام كميات أقل بكثير من المدخلات الكيميائية، حيث يكفي فقط بضعة جرامات من الهيدروجين.
وأوضح كوبلينتز أن “تأثيرات السلامة لا يمكن مقارنتها”، حيث يستخدم فقط 2 إلى 3 جرامات من المادة، ويتم تسخير المواد المستخدمة، مثل الديوتيريوم والتريتيوم، والمواد الناتجة، مثل الهيليوم غير المشع والنيوترون، مما يؤدي إلى عدم وجود أي نفايات متبقية. وأضاف: “ببساطة، مخزون المواد المشعة ضئيل للغاية إذا صح التعبير”.
عوائق تواجه مشروع الاندماج النووي
تواجه مشروع ITER تحديات كبيرة، ويؤكد كوبلينتز أن بناء هذه المفاعلات النووية يظل أمرا صعبا للغاية.
وفي تعليقه، قال: “نحاول تحقيق شيء تصل درجة حرارته إلى 150 مليون درجة، ونسعى لتحقيق ذلك على المستوى المطلوب، وهذا أمر صعب للغاية”.
لقد واجه مشروع ITER تحديات جمة في التعامل مع تعقيدات هذا المشروع الضخم. وفي الجدول الزمني الأصلي للمشروع، كان مقررا أن تبدأ أولى التجارب بالبلازما في عام 2025، مع التشغيل الكامل للنظام في عام 2035.
ومع ذلك، تأثر الجدول الزمني بانتكاسات في المكونات وتأخيرات ناجمة عن جائحة كوفيد-19، مما أدى إلى تعديل جدول العمل وزيادة في التكلفة. بدأت التكلفة الأولية للمشروع بمبلغ 5 مليارات يورو وارتفعت إلى أكثر من 20 مليار يورو.
وأوضح كوبلينتز: “لقد واجهنا تحديات سابقة بسبب تعقيد المشروع وتنوع المواد الأولية،.. وكانت هناك مكونات فريدة في هذه الآلة الفريدة”.
شهدت إحدى المراحل التنفيذية لمشروع ITER حدوث انتكاس كبير نتيجة لاختلالات في أسطح اللحام لبعض أجزاء غرفة التفريغ المصنعة في كوريا الجنوبية.
وفي هذا السياق، صرح كوبلينتز قائلا: “تسببت هذه الانتكاسات في عدم التوافق الكافي في حواف بعض الأجزاء التي تم لحامها معًا، مما استدعى إعادة تصحيح تلك الحواف”.
وأضاف: “الأمر لا يرتبط بعلم الصواريخ أو حتى بالفيزياء النووية في هذه الحالة بشكل خاص. إنه مجرد عملية تصنيع الآلات وتحقيق أقصى درجات الدقة في الوصول إلى الأشياء، وهو أمر كان صعبا”.
وفي الوقت الحالي، يجري المشروع عملية إعادة التسلسل،.. بهدف الالتزام قدر الإمكان بالهدف المحدد لبدء عمليات الاندماج في عام 2035. وأوضح كوبلينتز: “بدلا من التركيز على تواريخنا الأصلية مع أول بلازما واختبار الآلة في عام 2025،.. سنتخطى البلازما الأولى ونركز فقط على ذلك، مع التأكيد على إجراء الاختبار بطرق إضافية لضمان الالتزام بالتاريخ المحدد”.
التعاون الدولي
في سياق التعاون الدولي، يعتبر مشروع ITER فريد النوع في قدرته على التصدي للتوترات الجيوسياسية بين الدول المشاركة،.. وذلك بسبب تنوع الأيديولوجيات بينها.
أشار كوبلينتز إلى أن “هذه الدول غالبا ما تكون غير متحالفة أيديولوجيا. إذا نظرت إلى الأعلام الموجودة في موقع العمل بواسطة شركة ألفابت،.. ستجد الصين جنبا إلى جنب مع أوروبا، وروسيا جنبا إلى جنب مع الولايات المتحدة”.
وفيما يتعلق بالتزام تلك البلدان بالعمل المشترك لمدة 40 عاما،.. أكد أن ذلك لم يكن أمرا مؤكدا وأنه لا يمكن التنبؤ بعدم وجود بعض الصراعات.
يرجع كوبلينتز “الصحة” النسبية للمشروع إلى حقيقة أن تحقيق الاندماج النووي يمثل حلما مشتركا بين الأجيال. وأضاف: “هذا هو ما يوحد هذه القوة، ولذلك تجاوزنا العقوبات الحالية التي فرضتها أوروبا وغيرها من الدول على روسيا في السياق الحالي مع أوكرانيا”.
تغير المناخ والطاقة النظيفة
نظرا لحجم التحدي الذي يشكله تغير المناخ، يسارع العلماء بحثا عن مصدر طاقة خال من الكربون لتلبية احتياجات العالم في مجال الطاقة.
على الرغم من ذلك، تظل إمدادات الطاقة الاندماجية الوفيرة بعيدة المنال، وحتى مشروع ITER يعترف بأنه يشكل استجابة طويلة المدى لمخاوف الطاقة.
ردا على الفكرة الرائجة بأن الاندماج النووي قد يأتي بعد فوات الأوان للمساهمة في مكافحة أزمة المناخ بطريقة فعالة،.. أكد كوبلينتز أن لقوة الاندماج دورا يمكن أن تلعبه في المستقبل.
وقال: “إذا كان لدينا بالفعل ارتفاع في مستوى سطح البحر يجعلنا نحتاج إلى استهلاك الطاقة لنقل المدن،.. هل يمكننا الانتظار حتى نكون في حاجة ملحة؟ إذا بدأنا في مواجهة تحديات الطاقة على هذا المستوى، فإن الإجابة تظهر بوضوح”.
“كلما زاد انتظارنا لتحقيق الاندماج، زادت حاجتنا الملحة إليه. لذلك، المنطق الذكي هو الاستفادة منه هنا والآن بأسرع وقت ممكن”.
عن يورونيوز بتصرف