كيف تعمل قوة الاندماج ، وهل ستكون قابلة للتطبيق في أي وقت؟

إذا أردنا الاستمرار في التقدم كنوع واستهلاك المزيد والمزيد من الطاقة لكل شخص ، فهناك نقطتا نهاية محتملتان فقط لإنتاج الطاقة البشرية ، وكلاهما اندماج. إما أن نتوصل إلى كيفية امتصاص واستخدام جزء كبير من الطاقة المتساقطة على الأرض من تفاعل الاندماج الضخم البعيد لنظامنا الشمسي (الطاقة الشمسية) أو اكتشفنا كيفية إنشاء تفاعلات اندماج أصغر وأكثر قابلية للإدارة هنا على الأرض (قوة الانصهار). في كلتا الحالتين ، فإن الطاقة التي يمكن أن تسمح لجميع سكان الأرض بالارتفاع إلى ما هو أبعد من نمط الحياة الحديث في العالم الأول ، يتم احتواؤها في تكوين الكون نفسه.

المبدأ الأول: المادة والطاقة قابلة للتبادل ، وبمعنى فلسفي معين ، هما في الأساس نفس الشيء تمامًا. كان أينشتاين أول من وضع هذه الفكرة في الشكل الرياضي: الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في سرعة الضوء ، مربعة (E = mcاثنان). تذكر أن c ، سرعة الضوء ، عدد محدود ، لذلك cاثنان هو عدد محدود أيضًا - وهو بالتأكيد ضخمواحد. لذلك ، دون الحاجة إلى الكثير من التعليم الرياضي ، يمكننا أن نرى شيئًا واحدًا على الفور: إذا كانت هذه المعادلة صحيحة ، فإن جزءًا صغيرًا جدًا من المادة يتوافق مع الكل ، كل الكثير من الطاقة.



الانصهار 2خذ بروتونين (يمكننا أن نفكر في هذين على أنهما نوى عنصر به بروتون واحد ، الهيدروجين) ، وقم بوزنهما. الآن ، ادمج هذين البروتونين المنفصلين معًا لتكوين ذرة واحدة ثنائية البروتون (نواة الهيليوم) ، وقم بوزن هذا المنتج مرة أخرى. ما ستجده هو أن منتج الاندماج يزن جدًا جدًا للغاية أقل بقليل من البروتونات الفردية التي دخلت فيه. ونظرًا لأننا نعلم جميعًا أنه لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، فهناك تفسير واحد فقط محتمل: تم تحويل كمية صغيرة جدًا من المادة المفقودة إلى كمية مذهلة من الطاقة.



في المقام الأول ، يتم إطلاق هذه الطاقة في شكل حرارة. من حيث المبدأ ، يجب أن نكون قادرين على استخدام هذه الطاقة بنفس الطريقة التي نستخدم بها كل أنواع مصادر الحرارة الأخرى تقريبًا: قم بغلي الماء لتكوين بخار لتشغيل التوربين لتوليد الكهرباء. المشكلة هي التغلب على كل العوائق العملية لفعل هذا في الواقع.

طائرة نفاثة

ها هو توكاماك في مختبر الاندماج JET في المملكة المتحدة - نسخة أصغر من تلك التي كانت مخصصة لـ ITER



المشكلة الأولى مع قوة الاندماج هي الاندماج نفسه: كيف نفعل ذلك؟ هناك عدد من الطرق ، ولكن أبسطها ليست مفيدة على الإطلاق لإنتاج الطاقة ؛ جهاز نووي حراري يطلق قنبلة اندماجية باستخدام القوة الانفجارية لقنبلة انشطارية صغيرة ، على سبيل المثال ، لكن القصف النووي لحبيبة من وقود الهيدروجين ليس خيارًا مستدامًا لتوليد الطاقة. من ناحية أخرى ، يمكننا بالفعل بشكل آمن وموثوق فرض الاندماج بين الذرات المفردة في مسرعات الجسيمات عالية الطاقة ، لكن دمج ذرتين فرديتين في واحدة لن يطلق حجم الطاقة التي نحتاجها. لم يتم تصميم مسرع الجسيمات لتجميع الحرارة كطاقة ، على أي حال.

الأشعة السينية

تدرس X-Ray 'Z Machine' مشاكل الاندماج لمختبرات Sandia الوطنية.

لذلك ، أدى التحدي المتمثل في إنشاء الاندماج إلى مدرستين فكريتين رئيسيتين: إما أن نستخدم القوة الفيزيائية البسيطة لهدم عينة من الهيدروجين بقوة وبسرعة بحيث تبدأ الذرات في المركز في الاندماج (تسمىالحبس بالقصور الذاتي) ، أو نستخدم مغناطيسات عالية الطاقة لاحتواء عينة الهيدروجين بينما نقوم بتسخينها أكثر فأكثر لخلق الاندماج من خلال إدخال بسيط للطاقة (يسمى الحبس المغناطيسي). يجب أن يخلق الحبس بالقصور الذاتي قوته الانفجارية باستخدام بطاريات الليزر عالية التقنية ، أو حتى المطارق الميكانيكية الضخمة ، بينما يتطلب الحبس المغناطيسي أجهزة توكاماك المغناطيسية الدقيقة والمكلفة.



في كلتا الحالتين ، لا يكمن التحدي في خلق الاندماج ، ولكن الحفاظ عليه. يجب أن يطلق تفاعل الاندماج الأول ، الذي أنشأناه ، طاقة كافية والقيام بذلك بطريقة تؤدي إلى مزيد من تفاعلات الاندماج في العينة ، والتي بدورها تسبب المزيد من تفاعلات الاندماج ، وما إلى ذلك. هذا هو في الأساس رد الفعل المتتالي الذي يستمر بلا حسيب ولا رقيب في قنبلة نووية حرارية ، ولكن هذه المرة في شكل يمكن التحكم فيه - في الغالب لأنه يحدث في حبيبات وقود تزن حوالي جزء من المليون من تلك التي نحمّلها في قنبلة هيدروجينية.

محطة طاقة نووية

في الوقت الحالي ، يتم تعليق جميع مخططات طاقة الاندماج في نفس المكان بشكل أساسي: الحصول على طاقة أكبر من تفاعل الاندماج أكثر مما نحتاج إلى إدخاله للحفاظ على استمرار هذا التفاعل. بعبارة أخرى ، يكمن التحدي في تعلم كيفية إنشاء الاندماج من أجل القليل من الطاقة الكافية فيأن الطاقة التي نحصل عليهاخارجلا يزال من الممكن استخدامها لإنتاج قدر صافٍ من الكهرباء. يمكن لجميع مفاعلات البحث الحديثة أن تخلق الاندماج ، ويمكن لمعظمها الحفاظ عليه إلى حد ما ، لكن يتعين عليهم جميعًا حاليًا إنفاق قدر أكبر بكثير من الكهرباء للقيام بذلك أكثر مما يمكن استخدامه لتوليد تفاعل الاندماج.

نهج واحد يعتمد على الليزر (بالقصور الذاتي) نجح للحصول على طاقة أكبر من تفاعل الاندماج أكثر من أخذ وقود الاندماج، ومع ذلك ، فإن وقود الاندماج لم يأخذ سوى جزء ضئيل من الكمية الإجمالية لطاقة الليزر التي أطلقوها عليه - لا يزال يمثل علامة فارقة كبيرة ، ولكن واحدًا فقط من الاثنين سيحتاجون إلى المرور لتوليد جولهم الأول من صافي الكهرباء.

هذا من شأنه

لن يكون هذا مشكلة في الاندماج ...

يجب أن نجعلها تعمل بالفعل ، فإن مزايا قوة الاندماج ستكون هائلة. تستخدم طاقة الاندماج كنظائر وقود الهيدروجين ، والتي لا تحتاج إلى تعدينها من الأرض. لا يطلق الكربون المحمول جوا أو ملوثات الغلاف الجوي الأخرى من أي نوع. لن ينتج مصنع الاندماج أيضًا أي منتجات ثانوية سامة طويلة العمر تحتاج إلى التخلص منها.

مثل مفاعل الانشطار ، يجب أن تكون مفاعلات الاندماج محمية بشدة لاحتواء الإشعاع الناتج عن التفاعل ، ولكن على عكس مفاعل الانشطار ، لا داعي للقلق كثيرًا بشأن الانفجارات. إن نظائر الهيدروجين الثقيلة المستخدمة في إنشاء الاندماج ليست بطبيعتها مشعة جدًا عند الجلوس هناك ، مثل اليورانيوم والبلوتونيوم والثوريوم ، لذلك لا داعي للقلق إذا تناثرت عن طريق الخطأ في دائرة نصف قطرها كيلومتران. يمكن أن يكون التريتيوم خطيرًا بعض الشيء إذا دخل الجسم عن طريق الهواء أو الطعام أو الماء ، لكن نصف عمره في الجسم قصير جدًا ، ومن المحتمل أن يتسبب التعرض المزمن فقط في مشاكل طبية حقيقية.

لذلك ، ما زلنا نأمل في اختراقات الاندماج. يمكن أن يكون مصدر وفرة لانهائية تقريبا للبشرية. لا نعرف حتى الآن مقدار تكلفة بناء مفاعل نهائي ، أو إلى أي مدى قد نتمكن من خفض تكاليف إنتاج الوقود. لكن نحن البشر فقط يمكننا أن نتعلم كيفية الحفاظ على النجمة كحيوان أليف ، والقيام بذلك بأقل تكلفة ممكنة.

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا للحصول على تغطية أكثر عمقًا لأهم الموضوعات التقنية اليوم.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com