الإعلان عن أول مشروع اندماج نووي تجاري

الاندماج، المصدر النهائي للطاقة

مع تزايد الحاجة إلى إمدادات طاقة مستقرة وموثوقة ورخيصة ومحايدة كربونًا، تركز الأنظار على الحلول النووية.

هذا يشمل الانشطار النووي، أي تقسيم الذرات الثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم أو البلوتونيوم. هذه التقنية تشهد عودة دراماتيكية على خلفية إلغاء محطات الفحم والغاز، على الرغم من الحاجة إلى توليد طاقة أساسية، وكذلك اتجاهات كهربة النقل والتدفئة والإنتاج الصناعي.

ومع ذلك، ليست خالية من المشكلات، حتى بالنسبة للجيل الرابع الأكثر تقدمًا من محطات الطاقة النووية. الأكثر بروزًا، لا يزال يتضمن التعامل مع مواد مشعة للغاية، وهو أمر لا يزال الجمهور يتحفظ عليه ولن يكون محايدًا بيئيًا تمامًا.

هذا هو السبب في أن العلماء يبحثون عن وعود الاندماج النووي، الذي يجمع الذرات مثل الهيدروجين، وهو الظاهرة نفسها التي تغذي الشمس.

المصدر: Nature

سوف يستخدم هذا وقودًا هو العنصر الأكثر وفرة في الكون وينتج فقط هيليوم أو ليثيوم غير ضار. كما سيكون قويًا بما يكفي لتوفير طاقة شبه لا نهائية، دون أي خطر من الانفجار أو تفاعل سلسلة غير محكم.

المشكلة هي أن إنتاج الظروف المطلوبة صعب للغاية لدرجة أن أي مفاعل اندماج لم يقترب حتى الآن من التسويق التجاري.

قد يتغير هذا خلال أقل من عقد، على الأقل وفقًا لشركة Commonwealth Fusion Systems (CFS). أعلنت الشركة مؤخرًا أنها تتجه نحو بناء أول مفاعل اندماج تجاري في فرجينيا.

مشروع مفاعل CFS

تسعى Commonwealth Fusion Systems إلى أن يولد مفاعل ARC الخاص بها 400 ميجاواط لشبكة الطاقة في فرجينيا، وهو ما يكفي لتزويد 150,000 منزل بالطاقة.

هذا تقدم جذري في مجال الاندماج النووي، حيث كان يُعتقد دائمًا أن أول مفاعل توسيع نطاق سيستغرق 20-30 سنة. حتى المشروع الدولي الضخم ITER (المفاعل التجريبي الحراري النووي الدولي) لا يُتوقع أن يكتمل قبل عام 2039.

بالمقارنة، من المخطط بناء مفاعل CFS في موقع تملكه شركة الطاقة Dominion (D ). يرون أنه قابل للتنفيذ في أوائل الثلاثينيات.

“تستفيد احتياجات عملائنا المتزايدة للطاقة الخالية من الكربون والموثوقة من تنوع أكبر قدر ممكن من خيارات توليد الطاقة، وفي هذا الروح، نحن سعداء بمساعدة CFS في جهودهم.”
Edward H Baine – رئيس Dominion

أنظمة الاندماج الكومنولثية

تقنية CFS

لفهم مدى واقعية هذا المشروع، نحتاج إلى النظر في تاريخ CFS. تم إنشاء الشركة من معهد MIT في عام 2018 وقد جمعت 2 مليار دولار منذ ذلك الحين، لا سيما من شركة النفط الإيطالية العملاقة إيني. تطور CFS مفاعل اندماج يعتمد على تصميم “التوكاماك الكلاسيكي”، الذي يشكل بلازما في شكل تورس (دائري).

المصدر: DOE

(يمكنك معرفة المزيد عن الاندماج النووي وتصاميم المفاعلات المختلفة في “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon” والموصلية الفائقة في “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution“)

CFS تستخدم مغناطيسات فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية (HTS) تم تطويرها بالتعاون مع MIT. سيتحكمون ويضغطون بلازما الديوتيريوم-تريتيوم لإنشاء الاندماج النووي.

بطانية سائلة “تلتقط” تلك الطاقة كحرارة، ثم تنقلها إلى الماء الذي يدير توربين بخاري لتوليد الطاقة. الديوتيريوم متوفر تقريبًا في كل مكان ويمكن استخراجه من مياه البحر، بينما بطانيات ARC ستنتج التريتيوم طبيعيًا.

في عام 2021، طورت مغناطيس HTS بقوة 20 تسلا, تحسينًا يتراوح بين 100 إلى 1000 مرة مقارنة بأداء المغناطيسات السابقة وأكبر مغناطيس تم بناؤه على الإطلاق.

هذه المغناطيسات الآن مُجمعة في تصميم جديد يحقق رقمًا قياسيًا يُدعى Central Solenoid Model Coil (CSMC). في عام 2024، نشرت الشركة أيضًا تقنيتها لكابل فائق التوصيل عالي الكثافة والذي يزود هذه المغناطيسات بالطاقة.

استخدام الوقود سيكون مدمجًا جدًا، كما هو الحال في جميع تقنيات الاندماج النووي:

“نظرًا لأن الكميات المطلوبة قليلة فقط، يمكن توصيل وقود ARC لمدة 30 سنة بشاحنة واحدة عند افتتاح محطة جديدة، دون مخاطر تغير الأسعار في المستقبل ولا ارتباط بسلاسل إمداد عالمية معقدة.”

السلسلة القادمة من المفاعلات

ستُستخدم مغناطيسات HTS لبناء SPARC, بهدف أن تكون أول مفاعل اندماج صافي الطاقة، أي أنها ستنتج طاقة أكثر من الاندماج مما تستهلكه عن طريق إشعال بلازما الهيدروجين.

يتم حاليًا بناء SPARC في حرم CFS بولاية ماساتشوستس، لكنه لم ينتج البلازما الأولى بعد.

المصدر: CFS

إذا سارت الأمور على ما يرام مع نموذج SPARC التجريبي، فإن ARC, الذي سيُبنى في فرجينيا, هو الخطوة التالية.

المصدر: CFS

بينما يهدف SPARC إلى اختبار التقنية، سيختبر ARC اقتصاديات التصميم. كل ARC سيكون بحجم متجر كبير تقريبًا مع احتياجات موقع مماثلة.

المصدر: CFS