الطاقة
كشف أسرار الاندماج الآمن والعملي – رؤى جديدة حول الوقود المحبوس
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
الاندماج وكفاءة الوقود
Nuclear Fusion is potentially the ultimate green energy source, producing no dangerous byproducts, radioactivity (the only “waste” is helium), or greenhouse gases. And it could be powered by a fuel so abundant that it is a significant percentage of the entire Universe: deuterium, an isotope of hydrogen.
لكن هذا أيضًا شكل صعب جدًا من توليد الطاقة. يتطلب تكرار الظروف الموجودة في نواة الشمس على الأرض، مع ضغوط هائلة ودرجات حرارة تصل إلى عشرات أو مئات الملايين.
تم تحقيق الاندماج النووي في مختبرات الفيزياء لعقود، لكن ما زال لم يتحقق تفاعل اندماج ينتج طاقة صافية إيجابية. هذا ما يتسابق الكثيرون لتحقيقه، من المشروع الضخم الدولي ITER إلى مشاريع الاندماج التجارية مثل Commonwealth Fusion Systems وProxima Fusion.
ستعتمد الجدوى التجارية ليس فقط على تحقيق توليد بلازما مستقر وإنتاج طاقة إيجابية، بل أيضًا على الكفاءة العامة للعملية.
إحدى الأسئلة المفتوحة هي كفاءة الوقود. يُعرف أن الديوتيريوم يُمتص جزئيًا من جدران مفاعلات الاندماج توكاماك. يعمل باحثون في جامعة برينستون، وجامعة كاليفورنيا، وجامعة تينيسي، ومختبر سانديا الوطني، وجنرال أتوميكس على حل هذه المسألة.
المصدر: Princeton University
نشروا نتائجهم في مجلة Nuclear Materials and Energy1 تحت عنوان “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”.
الديوتيريوم، التريتيوم والاندماج
كلما كان الذرة أخف، كلما أُطلقت طاقة محتملة أكبر عندما تخضع للاندماج النووي. لذا من المنطقي أن تركز معظم مشاريع الاندماج النووي على دمج متغيرات الهيدروجين، مع الخيار الأكثر شيوعًا وهو اندماج الديوتيريوم-التريتيوم.
المصدر: Nature
الاندماج الديوتيريوم-ديوتيريوم ممكن أيضًا، لكن لأسباب تقنية يُفترض أنه أصعب تحقيقًا تجاريًا. لهذا السبب تخطط تقريبًا جميع المشاريع التجارية أو نماذجها الأولية مثل ITER لاستخدام الديوتيريوم-التريتيوم كوقود.
إحدى المشكلات المتعلقة بالتريتيوم هي أنه مشع، على عكس الديوتيريوم. لذا لا تريد تراكم كمية كبيرة من التريتيوم في المفاعل، ولا تريد فقدان تتبعه. هذه ليست مجرد مسألة سلامة بل أيضًا مسألة تنظيمية.
“هناك قيود صارمة جدًا على كمية التريتيوم التي يمكن أن تكون في الجهاز في أي وقت. إذا تجاوزت ذلك، يتوقف كل شيء، وتُسحب الرخصة.
لذلك، إذا أردت الحصول على مفاعل يعمل، يجب أن تتأكد من أن حسابك للتريتيوم دقيق. إذا تجاوزت الحد، فهذا يُعد عائقًا كبيرًا.”
Alessandro Bortolon – مدير باحث رئيسي في PPPL(مختبر فيزياء البلازما بجامعة برينستون)
نظرًا لأن وقود الديوتيريوم-التريتيوم سيُستخدم على الأرجح في مفاعلات الاندماج النووي التجارية، فإن معرفة ما يحدث للوقود أمر مهم جدًا. ونحن نعلم بالفعل أن جزءًا منه يُمتص من جدران المفاعل.
امتصاص الديوتيريوم
جدران مفاعلات الاندماج النووي مصنوعة من الجرافيت ومغطاة بالبورون. يساعد البورون في تقليل شوائب البلازما مثل الأكسجين والكربون والتنغستن.
المصدر: Nuclear Materials and Energy
من المعروف منذ فترة أن هذه الجدران المغطاة بالبورون تمتص بعض الديوتيريوم من البلازما. ومع ذلك، لم يكن واضحًا الآلية والكمية المتضمنة.
لفهم ذلك، أجروا اختبارات على DIII-D، وهو مفاعل توكاماك للاندماج في جنرال أتوميكس.
اكتشفوا أن السبب في امتصاص الديوتيريوم لم يكن البورون بل الكربون.
المصدر: Nuclear Materials and Energy
يمكن للكربون والبورون معًا أن يرتبطا بالديوتيريوم بشكل شديد بحيث يتطلب درجات حرارة حوالي 1,000 درجة فهرنهايت لكسر الرابطة، مما يجعل من الصعب جدًا إزالة الوقود دون إتلاف نظام الاندماج.
“يجب تقليل الكربون إلى الحد الأدنى. بينما لا يمكننا إزالته تمامًا، نستخدم كل الوسائل المتاحة لتقليل كمية الكربون قدر الإمكان.
نريد التخلص من جميع الكربون والحصول على جدران تنغستن نظيفة لضمان أن تكون الحسابات أقرب إلى ما سيُختبر في ITER.
Florian Effenberg – باحث فيزيائي موظف في PPPL
إيجاد حلول
عند التعمق أكثر، وجد الباحثون أن التعرض لبلازما تحتوي على كميات قليلة من تلوث الكربون زاد بشكل كبير من كمية الديوتيريوم المحبوس.
لكل خمس وحدات من البورون تُحبس في عينة، تُحبس وحدتان من الديوتيريوم.
الظاهرة تعتمد أيضًا على درجة الحرارة. فوق 600,000°K (مليون درجة فهرنهايت)، يكون احتفاظ الديوتيريوم محدودًا، وتُعيد الجدار الديوتيريوم عند 900,000°K.
مع ذلك، يجب تجنب مثل هذه درجات الحرارة التي تلامس طلاء الجدار لضمان استقرار المادة على المدى الطويل، لذا ليس حلاً عمليًا لتجنب تراكم الوقود في جدران المفاعل.
الحل الأكثر احتمالًا هو محاولة الحد من أي شوائب كربونية تصل إلى جدران المفاعل إلى الحد الأقصى المطلق، وهو أمر لم يُعرف حتى الآن أنه مهم إلى هذا الحد.
سيكون لهذا تأثير عملي مباشر على التصميم النهائي وتصنيع جدران مفاعل ITER.
“يجب على ITER والأجهزة المستقبلية توخي الحذر لتقليل تلوث شوائب الكربون لتقليل احتفاظ الديوتيريوم.”
من المرجح أيضًا أن يحد من جدوى أو قابلية تجارية لأي محرك اندماج نووي يستخدم بلاط الجرافيت على الجدران (الجرافيت مكوّن من ذرات الكربون)، مثل تجربة DIII-D المستخدمة في هذا الاختبار، حيث من المحتمل أن يتراكم الكثير من التريتيوم بمرور الوقت مما يمنع الحصول على تصريح لتشغيله كمحطة طاقة.
الخلاصة
يصبح الاندماج النووي تدريجيًا تقنية مفهومة جيدًا، حيث يُكسر رقم قياسي لمدة البلازما المستقرة بانتظام، وكان أحدثها 22 دقيقة في تعاون فرنسي-صيني.
مع مساعدة الذكاء الاصطناعي، من المرجح أن يصبح الاندماج أكثر كفاءة مع مرور الوقت، حتى الوصول إلى نقطة تحقيق طاقة صافية.
مع اقتراب التقنية من commercialization، تظهر تحديات جديدة، مثل الالتزام باللوائح المتعلقة بتراكم الوقود والإشعاع، وهو ما كان أقل قلقًا في المفاعلات التجريبية.
لحسن الحظ، يتم معالجة هذه القضايا أيضًا، وسيساعد تحسين جودة المواد المستخدمة في المفاعلات.
بالإضافة إلى التحسينات المستمرة في فهمنا للموصلية الفائقة، قد يساعد ذلك في جعل صعوبة توليد الطاقة الخضراء شيئًا من الماضي خلال العقدين القادمين.
شركات الاندماج
حاليًا، لا توجد أي من الشركات المخصصة لجعل الاندماج النووي تجاريًا مدرجة في البورصة. تشمل هذه Helion، General Fusion (GFUZ ) ، Commonwealth Fusion، TEA Technologies، ZAP Energy، وNEO Fusion.
يمكنك العثور على قائمة شاملة للشركات الناشئة في مجال الاندماج النووي على صفحة Dealroom المخصصة.
مع ذلك، هناك شركة مدرجة في البورصة نشطة في مجال الاندماج، حيث أعادت توجيه مفهومها من إنتاج الطاقة إلى دفع الفضاء: Lockheed Martin (LMT ).
شركة لوكهيد مارتن
LMT مخطط السعر
استثناء ملحوظ من سيطرة الشركات الناشئة الخاصة على المجال هو الشركة المتداولة علنًا Lockheed Martin Corporation، عملاق صناعة الدفاع.
تعمل لوكهيد منذ أوائل العقد الأول من القرن الواحد والعشرين على الاندماج المدمج، وهو مفاعل اندماج نووي من المتوقع أن يكون جاهزًا بحلول عقد 2020. ومع ذلك، تم الإعلان لاحقًا أن العمل على المشروع توقف في عام 2021.
كانت الشركة متحفظة جدًا بشأن هذا المشروع منذ الإعلان العام في 2021. وحتى اليوم، لا يزال غير واضح ما الذي قد دفع الشركة إلى التخلي عن الفكرة.
في الوقت نفسه، يبدو أنها لم تتخلَ تمامًا عن المفهوم، لا سيما مع الاستثمارات في عام 2024 في Helicity، وهي شركة ناشئة تطور محرك اندماج.
الفكرة هي دفع المركبات الفضائية بانفجارات قصيرة من الاندماج. تخطط Helicity لاستخدام مسدس بلازما، وهو النهج نفسه الذي تتبعه General Fusion. من المحتمل أن النتائج الداخلية للوكهيد أظهرت أن تصميمها لا يمكنه الحفاظ على الاندماج بطريقة تتوافق مع إنتاج الطاقة.
لكن ربما، في الوقت نفسه، تكون الانفجارات القصيرة كافية لاحتياجات الدفع في الفضاء وتقترب كثيرًا من أن تصبح منتجًا فعليًا؟ كما أنها تتماشى بشكل أفضل مع ملف الشركة العام الذي يركز على الفضاء والدفاع.
إلى جانب مشاريع الاندماج، تُعد لوكهيد مارتن واحدة من أكبر شركات الفضاء والدفاع في العالم، وقد غطيناها بالتفصيل في نوفمبر 2025 في “Lockheed Martin (LMT) Spotlight: A Leader In Defense and Aerospace”.
باختصار، هذه هي الشركة وراء طائرات مثل مروحيات Black Hawk أو طائرة F-16، وكذلك المعدات المتقدمة مثل F-35، وطائرات الرادار الطائرة، أو الطائرات اللوجستية مثل C-5 Galaxy و C-130J Super Hercules.
المصدر: Lockheed Martin
كما أنها منتج لبعض أهم أنظمة الصواريخ العسكرية الأمريكية مثل JAASM وJavelin وATACMS وHIMARS، التي تشهد طلبًا مرتفعًا للغاية بعد استنزاف المخزونات بسبب الصراع في أوكرانيا.
تُعد لوكهيد المتعهد الرئيسي لتصميم وتطوير واختبار وإنتاج مركبة الفضاء أوريون، والتي قد تكون الجزء الأقل جدلاً في برنامج أرتميس بأكمله.
الشركة نشطة في برامج فضائية أخرى، مثل أقمار جوية للطقس GOES-R، وجمع عينات من الكويكبات بواسطة OSIRIS-REx، ومسبار المشتري JUNO، وسترة واقية من الإشعاع يمكن ارتداؤها AstroRad،
بشكل عام، من الأنظمة العسكرية الرئيسية إلى برامج الفضاء والاندماج النووي ذات الأهمية المتساوية، تتصدر لوكهيد مارتن الابتكار الأمريكي ويبدو أنها حافظت على ميزتها أكثر حدة من العديد من منافسيها من مقاولين دفاعيين كبار.
آخر المستجدات حول شركة لوكهيد مارتن
مرجع الدراسة:
1. Shota Abe et al. (2025) “Deuterium retention behaviors of boronization films at DIII-D divertor surface”. Nuclear Materials and Energy Volume 42, مارس 2025, 101855.
