أظهر الفيزيائيون للتو كيفية التغلب على عقبة ضخمة لكفاءة مولد الاندماج

تركيب أول قطعة من مفاعل ITER tokamak. (منظمة ITER / EJF Riche)

الطاقة المتولدة من الاندماج النووي يحملالكثير من الإمكاناتكمصدر طاقة نظيف وغير محدود تقريبًا ، ولكن يجب التغلب على العديد من العقبات قبل أن تصبح حقيقة عملية - وقد يكون العلماء قد تسلّقوا للتو فوق مصدر آخر.

نماذج جديدة لظاهرة اندماج غير مرغوب فيها تسمى 'النقيق' ، حيث يمكن فقد الحرارة الحيوية من عملية التفاعل ، أعطت الخبراء فكرة أفضل عن كيفية حدوثها وكيفية منعها من الحدوث.

مع استمرار أعمال البناء في مفاعلات الاندماج في المستقبل ، فهذه معرفة جيدة في المجال العام.

تنطبق النتائج على نوع معين من تصميم مفاعل الاندماج على شكل كعكة دائرية يسمى أ توكاماك ، مثل الكائن الواحد بنيت في ITER في جنوب فرنسا. تعتمد هذه المفاعلات على توازن دقيق بين المجالات المغناطيسية الخارجية والمغناطيسية المتلوية للبلازما المتحركة للحفاظ على تدفق عملية الاندماج بأكملها.

'لكي يعمل أي جهاز اندماج ، تحتاج إلى التأكد من أن الجزيئات عالية الطاقة الموجودة فيه محصورة جيدًا داخل قلب البلازما ،' يقول الفيزيائي فينيسيوس دوارتي من مختبر برينستون لفيزياء البلازما (PPPL).

إذا انجرفت هذه الجسيمات إلى حافة البلازما ، فلن تتمكن من الحفاظ على حالة حرق البلازما المستقرة اللازمة لجعل الكهرباء التي تعمل بالطاقة الاندماجية حقيقة واقعة.

يحدث النقيق عندما تتغير ترددات موجات البلازما عالية الطاقة ، مما يتسبب في هروب الطاقة والحرارة ، وربما يتسبب في تلف جوانب التوكاماك. بفضل عمليات المحاكاة الحاسوبية ثلاثية الأبعاد المفصلة للغاية التي أنتجها الباحثون ، تم تحديد بعض الآليات الكامنة وراء هذا السلوك.

أظهرت النماذج أن الجسيمات سريعة الحركة في قلب البلازما تضرب موجات متموجة تتدفق عبر الغاز المتأين. عندما يحدث هذا ، تتشكل كتل تتحرك نحو حافة تيار البلازما.

مما يبعث على الاطمئنان ، أن النماذج تتطابق مع عمليات المحاكاة السابقة ، على الرغم من أن البحث الجديد يضيف مزيدًا من العمق والتفاصيل لما يحدث بالفعل داخل المفاعل. التأثير النهائي هو تقليل كفاءة التوكاماك ، وهو ليس شيئًا تريده حقًا عندما تحاول تشغيل مصدر طاقة من الجيل التالي.

'إذا فهمت ذلك ، يمكنك إيجاد طرق لتشغيل مرافق الاندماج بدونها' يقول الفيزيائي روسكو وايت .

ما يحاول العلماء القيام به باستخدام التوكاماك وتصاميم الاندماج النووي الأخرى هو محاكاة التفاعلات التي تحدث على الشمس - ليس تحديًا صغيرًا. إذا فهمنا الأمر بشكل صحيح ، فإن عملية دمج نواتين ذريتين في واحدة يجب أن تعطينا طريقة لتوليد الكهرباء من شيء بسيط مثل الماء والملح ، مع القليل جدًا من النفايات.

بينما الفكرة رائعة ،الحصول عليها للعملبطريقة يمكن الاعتماد عليها وبأسعار معقولة وفي متناول الجميع لا يزال بعيدًا بعض الشيء. ومع ذلك ، هناك آمال في أن تساهم طاقة الاندماج في الشبكة داخلالعشر سنوات القادمة.

كانت أدوات المحاكاة ومعالجة البرامج التي طورها الباحثون هنا مصممة خصيصًا للوظيفة - مثل 'بناء مجهر' لالتقاط ظاهرة واحدة محددة في كلمات White - ويمكن استخدام نفس النماذج مرة أخرى في المستقبل لمزيد من التحليل وتحسين تصميم tokamak.

'لقد أتاحت الأدوات التي تم تطويرها في هذا البحث إلقاء نظرة على الديناميكيات المعقدة ذاتية التنظيم للغردات في توكاماك ،' يقول دوارتي .

تم نشر البحث في فيزياء البلازما .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.