ستسمح المشاريع المبتكرة التي تستخدم الموصلات الفائقة الحديثة قريبًا بالاندماج النووي الحراري المتحكم فيه ، كما يقول بعض المتفائلين. ومع ذلك ، يتوقع الخبراء أن التطبيق العملي سيستغرق عدة عقود.
لماذا هو صعب جدا
تعتبر الطاقة الاندماجية مصدرًا محتملاً للطاقة في المستقبل. هذه هي الطاقة النقية للذرة. ولكن ما هو ولماذا من الصعب تحقيقه؟ بادئ ذي بدء ، نحتاج إلى فهم الفرق بين الانشطار النووي الكلاسيكي والاندماج النووي الحراري.
انشطار الذرة هو عندما يتم انشطار النظائر المشعة - اليورانيوم أو البلوتونيوم - وتحويلها إلى نظائر أخرى عالية النشاط الإشعاعي ، والتي يجب دفنها أو إعادة تدويرها بعد ذلك.
تفاعل الاندماج يتكون من حقيقة أن نظيرين من الهيدروجين - الديوتيريوم والتريتيوم - يندمجان في كل واحد ، مكونين هيليوم غير سام ونيوترون واحد ، دون إنتاج نفايات مشعة.
مشكلة التحكم
ردود الفعل التيتحدث في الشمس أو في قنبلة هيدروجينية - هذا اندماج نووي حراري ، والمهندسون يواجهون مهمة شاقة - كيف تتحكم في هذه العملية في محطة للطاقة؟
هذا شيء يعمل عليه العلماء منذ الستينيات. بدأ تشغيل مفاعل اندماج تجريبي آخر يسمى Wendelstein 7-X في مدينة جرايفسفالد بشمال ألمانيا. لم يتم تصميمه بعد لإنشاء رد فعل - إنه مجرد تصميم خاص يتم اختباره (نجمي بدلاً من توكاماك).
بلازما عالية الطاقة
جميع التركيبات النووية الحرارية لها ميزة مشتركة - شكل حلقي. يعتمد على فكرة استخدام مغناطيس كهربائي قوي لإنشاء مجال كهرومغناطيسي قوي على شكل طارة - أنبوب دراجة منتفخ.
يجب أن يكون هذا المجال الكهرومغناطيسي كثيفًا لدرجة أنه عند تسخينه في فرن ميكروويف إلى مليون درجة مئوية ، يجب أن تظهر بلازما في مركز الحلقة. ثم يتم إشعاله ليبدأ الاندماج.
إظهار الاحتمالات
في أوروبا ، تجري تجربتان من هذا القبيل حاليًا. واحد منهم هو Wendelstein 7-X ، الذي أنتج مؤخرًا أول بلازما هيليوم. والآخر هو ITER ، وهو منشأة اندماج تجريبية ضخمة في جنوب فرنسا لا تزال قيد الإنشاء وستكون جاهزة للعمل في عام 2023.
من المفترض أن تحدث تفاعلات نووية حقيقية في ITER ، ومع ذلك ، فقط فيلفترة زمنية قصيرة وبالتأكيد لا تزيد عن 60 دقيقة. هذا المفاعل هو مجرد خطوة واحدة من عدة خطوات نحو جعل الاندماج النووي حقيقة واقعة.
مفاعل الانصهار: أصغر وأقوى
في الآونة الأخيرة ، أعلن العديد من المصممين عن تصميم مفاعل جديد. وفقًا لمجموعة من الطلاب من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بالإضافة إلى ممثلين عن شركة الأسلحة Lockheed Martin ، يمكن إجراء الاندماج في منشآت أقوى بكثير وأصغر من ITER ، وهم مستعدون للقيام بذلك في غضون عشرة سنوات.
فكرة التصميم الجديد هي استخدام الموصلات الفائقة الحديثة ذات درجة الحرارة العالية في المغناطيسات الكهربائية ، والتي تظهر خصائصها عند تبريدها بالنيتروجين السائل ، بدلاً من الخصائص التقليدية التي تتطلب الهيليوم السائل. ستسمح تقنية جديدة أكثر مرونة بإعادة تصميم المفاعل بالكامل.
كلاوس هيش ، المسؤول عن تقنية الاندماج النووي في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في جنوب غرب ألمانيا ، متشكك. وهو يدعم استخدام الموصلات الفائقة الجديدة ذات درجات الحرارة العالية لتصميمات المفاعلات الجديدة. لكن ، حسب قوله ، فإن تطوير شيء ما على جهاز كمبيوتر ، مع مراعاة قوانين الفيزياء ، لا يكفي. من الضروري مراعاة التحديات التي تظهر عند وضع الفكرة موضع التنفيذ.
خيال علمي
وفقًا لـ Hesh ، يُظهر نموذج الطالب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فقط إمكانية المشروع. لكنه في الواقع كثير من الخيال العلمي. مشروعيقترح أنه قد تم حل المشاكل التقنية الخطيرة للانصهار. لكن العلم الحديث ليس لديه فكرة عن كيفية حلها.
إحدى هذه المشاكل هي فكرة الملفات القابلة للطي. يمكن تفكيك المغناطيسات الكهربائية من أجل الدخول إلى الحلقة التي تحمل البلازما في نموذج تصميم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
قد يكون هذا مفيدًا جدًا لأنه يمكن الوصول إلى الكائنات في النظام الداخلي واستبدالها. لكن في الواقع ، تُصنع الموصلات الفائقة من مادة خزفية. يجب أن يتشابك المئات منهم بطريقة معقدة لتشكيل المجال المغناطيسي الصحيح. وهنا توجد المزيد من الصعوبات الأساسية: الروابط بينها ليست بسيطة مثل توصيلات الكابلات النحاسية. لم يفكر أحد حتى الآن في المفاهيم التي من شأنها أن تساعد في حل مثل هذه المشاكل.
حار جدا
ارتفاع درجة الحرارة مشكلة أيضًا. في قلب البلازما الاندماجية ، ستصل درجة الحرارة إلى حوالي 150 مليون درجة مئوية. تظل هذه الحرارة الشديدة في مكانها - تمامًا في وسط الغاز المتأين. ولكن حتى حولها لا تزال ساخنة للغاية - من 500 إلى 700 درجة في منطقة المفاعل ، وهي الطبقة الداخلية لأنبوب معدني حيث التريتيوم الضروري لحدوث الاندماج النووي سوف "يتكاثر"
يعاني مفاعل الاندماج من مشكلة أكبر - ما يسمى بإطلاق الطاقة. هذا هو جزء النظام الذي يستقبل الوقود المستخدم ، وخاصة الهيليوم ، من عملية الاندماج. أولاًتسمى المكونات المعدنية التي يدخل فيها الغاز الساخن "المحولات". يمكن أن تصل درجة حرارتها إلى أكثر من 2000 درجة مئوية.
مشكلة المحول
لكي يتحمل المصنع درجات الحرارة هذه ، يحاول المهندسون استخدام التنغستن المعدني المستخدم في المصابيح المتوهجة القديمة. تبلغ درجة انصهار التنجستن حوالي 3000 درجة. لكن هناك قيود أخرى أيضًا.
في ITER ، يمكن القيام بذلك ، لأن التسخين فيه لا يحدث باستمرار. من المفترض أن المفاعل سيعمل فقط بنسبة 1-3٪ من الوقت. لكن هذا ليس خيارًا لمحطة طاقة تحتاج إلى العمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. وإذا ادعى شخص ما أنه قادر على بناء مفاعل أصغر بنفس قوة ITER ، فمن الآمن أن نقول إنه ليس لديه حل لمشكلة المحول.
محطة توليد الكهرباء في غضون بضعة عقود
ومع ذلك ، فإن العلماء متفائلون بشأن تطوير المفاعلات النووية الحرارية ، ومع ذلك ، لن يكون بالسرعة التي يتوقعها بعض المتحمسين.
يجب أن يُظهر ITER أن الاندماج المتحكم فيه يمكن أن ينتج في الواقع طاقة أكثر مما يمكن إنفاقه على تسخين البلازما. الخطوة التالية هي بناء محطة طاقة تجريبية هجينة جديدة تولد الكهرباء بالفعل.
يعمل المهندسون بالفعل على تصميمه. سيتعين عليهم التعلم من ITER ، المقرر إطلاقه في عام 2023. بالنظر إلى الوقت اللازم للتصميم والتخطيط والبناء ، على ما يبدومن غير المحتمل أن يتم إطلاق أول محطة لتوليد الطاقة في وقت أبكر بكثير من منتصف القرن الحادي والعشرين.
روسي كولد فيوجن
في عام 2014 ، خلص اختبار مستقل لمفاعل E-Cat إلى أن الجهاز أنتج ما متوسطه 2800 واط من الطاقة الناتجة خلال فترة 32 يومًا باستهلاك 900 واط. هذا أكثر من أي تفاعل كيميائي قادر على عزله. تتحدث النتيجة إما عن اختراق في الاندماج النووي الحراري ، أو عن الاحتيال المباشر. خيب التقرير آمال المتشككين ، الذين يشككون في ما إذا كان الاختبار مستقلاً حقًا ويقترح تزويرًا محتملاً لنتائج الاختبار. كان الآخرون منشغلين في اكتشاف "المكونات السرية" التي تمكن اندماج روسي من تكرار التكنولوجيا.
روسي محتال؟
اندريا تفرض. ينشر إعلانات للعالم باللغة الإنجليزية الفريدة في قسم التعليقات على موقعه على الإنترنت ، والذي يُطلق عليه اسم مجلة الفيزياء النووية. لكن محاولاته السابقة الفاشلة تضمنت مشروع تحويل النفايات إلى وقود إيطالي ومولد كهربائي حراري. فشل مشروع Petroldragon ، وهو مشروع لتحويل النفايات إلى طاقة ، جزئيًا لأن الإلقاء غير القانوني للنفايات يخضع لسيطرة الجريمة المنظمة الإيطالية ، التي رفعت تهماً جنائية ضدها لانتهاكها لوائح إدارة النفايات. قام أيضًا بإنشاء جهاز كهربائي حراري لفيلق المهندسين بالجيش الأمريكي ، ولكن أثناء الاختبار ، أنتجت الأداة جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة المعلنة.
لا يثق الكثيرون في روسي ، ووصفه رئيس تحرير New Energy Times بأنه مجرم خلفه سلسلة من مشاريع الطاقة الفاشلة.
تحقق مستقل
وقع روسي عقدًا مع شركة Industrial Heat الأمريكية لإجراء اختبار سري لمدة عام لمحطة الانصهار البارد بقدرة 1 ميجاوات. كان الجهاز عبارة عن حاوية شحن مليئة بالعشرات من E-Cats. كان لابد من التحكم في التجربة من قبل طرف ثالث يمكنه تأكيد أن توليد الحرارة كان يحدث بالفعل. يدعي روسي أنه قضى معظم العام الماضي يعيش عمليًا في حاوية ويشرف على العمليات لأكثر من 16 ساعة يوميًا لإثبات الجدوى التجارية لـ E-Cat.
انتهى الاختبار في مارس. انتظر أنصار روسي بفارغ الصبر تقرير المراقبين ، على أمل تبرئة بطلهم. لكن في النهاية رفعوا دعوى قضائية
التقاضي
في دعوى قضائية في فلوريدا ، ادعى روسي أن الاختبار كان ناجحًا وأكد محكم مستقل أن مفاعل E-Cat ينتج ستة أضعاف الطاقة التي يستهلكها. كما ادعى أن شركة Industrial Heat قد وافقت على دفع 100 مليون دولار - 11.5 مليون دولار مقدمًا بعد 24 ساعة من التجربة (ظاهريًا لحقوق الترخيص حتى تتمكن الشركة من بيع التكنولوجيا في الولايات المتحدة) و 89 مليون دولار أخرى بعد الانتهاء الناجح من تمديد الفترة. محاكمة في غضون 350 يوما. اتهم روسي IH بإدارة "مخطط احتيالي"الذي كان الغرض منه سرقة ملكيته الفكرية. كما اتهم الشركة باختلاس مفاعلات E-Cat ، والنسخ غير القانوني للتقنيات والمنتجات المبتكرة والوظائف والتصميمات ، وإساءة استخدام براءة اختراع على ملكيته الفكرية.
منجم ذهب
في مكان آخر ، يدعي روسي أنه في إحدى مظاهراته ، تلقى IH 50-60 مليون دولار من مستثمرين و 200 مليون دولار أخرى من الصين بعد إعادة شارك فيها كبار المسؤولين الصينيين. إذا كان هذا صحيحًا ، فهناك أكثر من مائة مليون دولار على المحك. رفضت شركة Industrial Heat هذه الادعاءات باعتبارها لا أساس لها من الصحة وستدافع عن نفسها بنشاط. والأهم من ذلك ، أنها تدعي أنها "عملت لأكثر من ثلاث سنوات لتأكيد النتائج التي يُزعم أن روسي حققها باستخدام تقنية E-Cat ، دون نجاح."
IH لا يؤمن بـ E-Cat ، ولا ترى New Energy Times أي سبب للشك في ذلك. في يونيو 2011 ، زار ممثل عن المنشور إيطاليا ، وأجرى مقابلة مع روسي وقام بتصوير عرض توضيحي لـ E-Cat. بعد يوم ، أبلغ عن مخاوفه الجدية بشأن طريقة قياس الطاقة الحرارية. بعد 6 أيام نشر الصحفي مقطع الفيديو الخاص به على موقع يوتيوب. أرسل إليه خبراء من جميع أنحاء العالم تحليلات نُشرت في يوليو. اتضح أن هذه خدعة
تأكيد تجريبي
ومع ذلك ، فإن عددًا من الباحثين - ألكسندر باركهوموف من جامعة الصداقة بين الشعوب في روسيا ومشروع مارتن فليشمان التذكاري (MFPM) -تمكنت من إعادة إنتاج الاندماج النووي الحراري البارد لروسيا. تقرير MFPM كان بعنوان "نهاية عصر الكربون على وشك". كان سبب هذا الإعجاب هو اكتشاف انفجار أشعة جاما ، والذي لا يمكن تفسيره بخلاف تفاعل نووي حراري. وفقًا للباحثين ، لدى روسي ما يقوله بالضبط.
وصفة مفتوحة قابلة للتطبيق للانصهار البارد يمكن أن تثير اندفاع الذهب للطاقة. يمكن العثور على طرق بديلة لتجاوز براءات اختراع روسي وإبقائه بعيدًا عن أعمال الطاقة التي تقدر بمليارات الدولارات.
لذلك ربما يفضل روسي تجنب هذا التأكيد.
