الشمس الاصطناعية.. كوريا الجنوبية تحطم رقما قياسيا جديدا في الاندماج النووي

أعلن العلماء أن "الشمس الاصطناعية" في كوريا الجنوبية، مفاعل KSTAR، قد سجلت رقمًا قياسيًا جديدًا في الاندماج النووي بعد أن قامت بتسخين حلقة بلازما إلى 180 مليون درجة فهرنهايت (100 مليون درجة مئوية) لمدة 48 ثانية.

حطم مفاعل KSTAR الرقم القياسي العالمي السابق البالغ 31 ثانية، والذي سجله نفس المفاعل في عام 2021. ويعد هذا الإنجاز خطوة صغيرة ولكنها مثيرة للإعجاب على الطريق الطويل نحو مصدر للطاقة النظيفة غير المحدودة تقريبًا.

يحاول العلماء تسخير قوة الاندماج النووي - العملية التي تحرق بها النجوم - لأكثر من 70 عامًا. من خلال دمج ذرات الهيدروجين لصنع الهيليوم تحت ضغوط ودرجات حرارة عالية للغاية، تقوم النجوم المسماة بالتسلسل الرئيسي بتحويل المادة إلى ضوء وحرارة، مما يولد كميات هائلة من الطاقة دون إنتاج غازات دفيئة أو نفايات مشعة طويلة الأمد.

لكن تكرار الظروف الموجودة داخل قلوب النجوم ليس بالمهمة السهلة، يعمل التصميم الأكثر شيوعًا لمفاعلات الاندماج - التوكاماك - عن طريق تسخين البلازما (إحدى حالات المادة الأربع، وتتكون من أيونات موجبة وإلكترونات حرة سالبة الشحنة) وحصرها داخل غرفة مفاعل على شكل كعكة دائرية باستخدام مجالات مغناطيسية قوية.

ومع ذلك، فإن إبقاء لفات البلازما المضطربة والمحمومة في مكانها لفترة كافية لحدوث الاندماج النووي كانت عملية شاقة.

 صمم العالم السوفيتي ناتان يافلينسكي أول توكاماك في عام 1958، لكن لم ينجح أحد في إنشاء مفاعل قادر على إخراج طاقة أكثر مما يستهلك.

كانت إحدى العقبات الرئيسية هي كيفية التعامل مع البلازما الساخنة بدرجة كافية للاندماج. تتطلب مفاعلات الاندماج درجات حرارة عالية جدًا - أعلى بعدة مرات من الشمس - لأنها يجب أن تعمل عند ضغوط أقل بكثير من تلك التي يحدث فيها الاندماج بشكل طبيعي داخل نوى النجوم. 

على سبيل المثال، يصل قلب الشمس الفعلي إلى درجات حرارة تبلغ حوالي 27 مليون فهرنهايت (15 مليون درجة مئوية) ولكن ضغطه يعادل تقريبًا 340 مليار ضعف ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر على الأرض.

يعد طهي البلازما إلى هذه الدرجات هو الجزء السهل نسبيًا، ولكن إيجاد طريقة لتجميعها بحيث لا تحرق المفاعل دون إفساد عملية الاندماج أيضًا أمر صعب تقنيًا. يتم ذلك عادةً إما بالليزر أو المجالات المغناطيسية.

لتمديد وقت احتراق البلازما من التشغيل السابق الذي حطم الرقم القياسي، قام العلماء بتعديل جوانب تصميم المفاعل، بما في ذلك استبدال الكربون بالتنغستن لتحسين كفاءة "المحولات" في التوكاماك، والتي تستخرج الحرارة والرماد من المفاعل.

وقال سي وو يون، مدير مركز أبحاث KSTAR، في بيان: "على الرغم من كونه أول تجربة يتم إجراؤها في بيئة المحولات الجديدة المصنوعة من التنجستن، إلا أن الاختبار الشامل للأجهزة وإعداد الحملة مكّنا من تحقيق نتائج تتجاوز نتائج سجلات KSTAR السابقة في فترة قصيرة".

يهدف علماء KSTAR إلى دفع المفاعل للحفاظ على درجات حرارة 180 مليون فهرنهايت لمدة 300 ثانية بحلول عام 2026.

ينضم هذا الرقم القياسي إلى أرقام قياسية أخرى حققتها مفاعلات الاندماج المتنافسة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك مفاعل منشأة الإشعال الوطنية (NIF) الممولة من الحكومة الأمريكية، والتي تصدرت عناوين الصحف بعد أن أخرج قلب المفاعل لفترة وجيزة طاقة أكثر مما تم وضعه فيه.